Первая часть
Вторая часть
В чём считать?
Обращали ли вы внимание, что одна и таже физическая величина имеет разную размерность в зависимости от отрасли, опыта применяющего? Вот расстояние, длины там всякие, высоты. Кто в мм, кто в см, кто в нм (нанометры!). Про дюймы отдельный разговор.
Знаете, какова основная причина ошибок в любых расчетах? Смешивание единиц измерения. На сегодня, основной системой является СИ. Но в промышленности к ней не очень душевное отношение. Как результат — черт ногу сломит.
Силы... Силы в СИ измеряются в ньютонах (н). Но любят шибко кГс. Что такое кГс? Это сила, которая действует на тело массой 1 кг на планете Земля. А на планете Марс? А на Луне? А ньютон, он и на Венере — ньютон.
Ньютон (н) — производная единица и определяется как сила, изменяющая за 1 секунду скорость тела массой 1 кг на 1 м/с в направлении действия силы.
Килограмм-сила (кгс или КГF) - нестандартная гравитационная метрическая единица силы. Она равна величине силы, действующей на один килограмм массы в гравитационном поле 9,80665 м/с2 (стандартная сила тяжести на Земле).
1 кГс = 9,8 н (13)
Эта чехарда с единицами и в давлении. Как уже отмечалось, единицы давления относятся и к напряжениям. Распространено кГс/мм2. Эту размерность можно встретить в старых справочниках. Не хотят от этой размерности уходить верные соратники логарифмической линейки, изобретая разные эрзац-размерности. Такой как дан/мм2, который есть не что иное, как наше кГс/мм2, но вроде как в ньютонах (1 дан=10 н) .
Как быть? Тут совет простой — переводите всё в единицы одной системы счисления. Какой? Да какая вам удобна. Но хочу отметить — все современные САЕ-системы используют СИ. К этому и стремитесь.
Что такое система СИ? СИ (SI, фр. Système International d'Unités) — международная система единиц, современный вариант метрической системы.
Что делать? Привыкать. Адаптироваться. Надо помнить, что единицы измерения — это тот язык, на котором говорят специалисты. И что при переводе, как обычно, теряется точность.
Так что нам использовать в наших задачах? Это кому как удобно. Я пользуюсь в расчетах МПа (10^6 Па). 1 МПа = 1 н/мм^2. Очень просто. И силы используем системные и легко перейти к конструкторским размерным единицам — мм. Перевести из кГс/мм^2 в МПа просто — нужно умножить на 9,8 или на 10 для прикидочного расчета.
Продолжим…
На грани разрыва
Для удобства, продублируем рисунок 7.
Как уже отметил внимательный читатель, мы забыли про точку Д рисунка 7 с точки зрения напряжений. Да при расчете несущих способностей конструкции нам это не надо. Но ведь мы любопытны?
Напряжение в этой точке называется пределом прочности или временным сопротивлением и обозначается σв. По ГОСТ 1497-84 — напряжение, соответствующее наибольшему усилию Рmax разрывной машины, предшествующему разрыву образца. Почему так витиевато? Сейчас расскажу.
Как уже отмечалось, на ветке Г-Д (рис.7) начинается утончение образца - смотрим рис.9
Здесь стоит еще раз вернуться к относительному удлинению. Дело в том, что образец какое-то время удлиняется, сохраняя геометрию (цилиндричность). Удлинение, удовлетворяющее данному условию, называется относительным равномерным удлинением и обозначается δр.
А давайте попробуем снять нагрузку, пока присутствует равномерное удлинение — что будет? Казалось бы, разгрузка должна пойти по участку Д-Г-В-Б-А-0. Но у нас уже потек образец! Ведь что такое напряжение текучести? Это когда при постоянной нагрузке происходит удлинение образца. И это удлинение образца необратимо. И что самое важное, необратимые изменения происходят на всем участке А-Е! Но ведь как-то же должен образец возвращаться в состоянии без нагрузки? А он будет возвращаться по прямой, параллельной нашему пропорциональному участку 0-А, как показано на рис.10. Почему? Да потому как работает наш модуль упругости и определяет угол наклона.
Участок, где стала образовываться шейка (т. е. после участка относительного равномерного удлинения), не интересен с практической точки зрения. А вот δр интересен. Что получается? А получается, что напряжения, при которых работает закон Гука, увеличились. Но при этом уменьшилось относительное удлинение при разрыве — т. е. образец стал хрупким.
Это явление называется наклепом и имеет и положительные и отрицательные моменты. Отрицательно — то, что снижается пластичность материала. Положительная — мы можем увеличить несущую способность конструкции за счет увеличения напряжение упругости. Это явление широко используется при производстве тросов, арматуры, где не требуется большая пластичность.
Насколько можно увеличить предел упругости? Опыт и только опыт. Как известно, наклеп снимается отжигом.
Вернемся к утончению нашего образца (рис.9). Как видим, площадь которая противодействует нашей нагрузке (вспоминаем F), уменьшается. Давайте построим отношение нагрузки к реальной площади F/ S(ε) — верхняя (синяя) ветка на графике. Теперь понятно, что предел прочности — довольно относительная величина? Практически, предел прочности используется в качестве базовой величины для различных сравнений.
Хотя есть пару приложений, где мы можем опереться на предел прочности. К примеру - трос. Что такое трос? Это много-много аккуратно свитых проволок. Давайте допустим, что на одна проволока «потекла». Для достаточного удлинения необходимо пространство для маневра. Но это не допустят другие проволоки, на которые перераспределиться часть нагрузки. Вот так поочередно они будут "плыть", обеспечивая конструктивную прочность троса. А то, что трос "пережил" наклёп, нам подскажет его длина.
Опубликовано с разрешения автора Кузнецова Олега Михайловича