ИЗПИТВАНЕ НА МАТЕРИАЛИТЕ ПРИ ДЪЛГОВРЕМЕННИ НАТОВАРВАНИЯ

Изпълнявайки предназначението си, изделията са подложени не само на кратковременни натоварвания, а и на натоварвания с продължителност на действието часове, дни, понякога и години. Механичното поведение на изделията при такива дълговременни натоварвания се описва с продължителна якост, пълзене и релаксация.

r Продължителна якост

Фиг.1

Якостта на материала се определя при кратковременните изпитания. Често обаче изделията се разрушават и при по-малки напрежения, ако бъдат оставени под действието им за дълъг период от време.

Максималното напрежение, което материалът може да поеме неограничено дълго време (за времето на експлоатационния си срок), се нарича "продължителна якост". За да бъде определена тази якост, серия от пробни тела се натоварват с напрежения, близки до разрушаващото s_В, и се регистрира времето на разрушаване на всеки един случай. Получените резултати (очевидно, че с намаляване на напрежението ще се увеличава времето, необходимо за разрушаване) се нанасят в координатна система напрежение s → време t (Фиг.1). Ако кривата има хоризонтална асимптота, тя определя стойността на продължителната якост s_¥.

Получаването на изчерпателни сведения за продължителната якост при всички експлоатационни условия, се оказва твърде трудна задача даже за един материал, поради дългото време, необходимо за провеждане на изпитанията (някои изделия се проектират да понасят големи натоварвания с години). Най-често за определяне на продължителната якост се използват различни ускорени методи. Най-разпространеният такъв метод е методът на температурно-времевата аналогия. Той се основава на факта, че за повечето материали повишаването на температурата намалява якостта по същия начин, както продължителното действие на натоварването. Например, ако се установи зависимост от типа "колко месеца действие на товара отговарят на един градус повишаване на температурата", има възможност да бъдат провеждани експерименти за кратко време при висока температура, вместо дълговременните експерименти при експлоатационна (стайна) температура.

r Пълзене

Пълзенето най-кратко може да се дефинира като промяна на деформацията с течение на времето при постоянно напрежение в материала.

Фиг.2

Графично, това поведение се изобразява като крива в координатна система относителна деформация e → време t.

Експериментално такива условия могат да бъдат създадени с устройството, показано на фиг.2. При него образецът 1 се закрепя в единия си край върху неподвижен плот, а в другия край се свързва через гъвкава нишка с тяло 2, което натоварва образеца със сила Р. Разделена на площта на напречното сечение на образеца, тази сила дава напрежението, а деформацията се измерва с индикаторен часовник 3. Тъй като при удължаване на образеца той изтънява (площта А на напречното сечение намалява), за поддържане на постоянно напрежение трябва да се осигури пропорционално намаляване и на силата. Това се осъществява от специалната форма на диска 4, през който е прехвърлена натоварващата нишка, с два различни диаметъра, поддържащи еднакво отношението между силата и площта на напречното сечение (·).

Фиг. 3

Според вида на получената диаграма могат да бъдат дефинирани три вида пълзене (фиг.3).

- Затихващо пълзене, при което след известен период от време образецът престава да се удължава

- Установено пълзене, при което образецът увеличава дължината си с еднаква скорост колкото и дълъг да е периодът на наблюдение.

- Интензивно пълзене, при което в даден момент пробното тяло образува шийка и се разрушава (скъсва).

Един и същ материал може да покаже и трите типа поведение при различно натоварване.

След разтоварване (сваляне на натоварващата тежест), образецът обикновено връща част от удължението, което е получил (еластична деформация), но почти винаги се наблюдава и остатъчно удължение. Ако с течение на времето обръзецът продължи да се скъсява в разтоварено състояние, той притежава вискозни свойства (фиг.4).

Фиг.4

r Релаксация

Релаксацията най-кратко може да се дефинира като промяна на напрежението в материала с течение на времето при постоянна деформация.

Фиг. 5

Графично, това поведение се изобразява като крива в координатна система напрежение s → време t (Фиг.5).

Експериментално такива условия могат да бъдат създадени, като челюстите на машината със закрепения в тях образец се фиксират на определено разстояние и това положение се поддържа дълго време. В началото удължаването на образеца поражда напрежението, което се получава при кратковременно натоварване (мигновеното напрежение ). След това с течение на времето напрежението плавно намалява до достигане на една постоянна стойност, която обикновено е много по-малка от началната.