Раздел: Дом. Быт. Техника. Строительство. Сельское и приусадебное хозяйство

— свойство материалов воспринимать те или иные воздействия, не разрушаясь. Часто понятие «прочность» рассматривают также как способность материала сопротивляться действию нагрузок без образования заметных остаточных деформаций. Такое толкование прочности находит практич. применение для пластичных материалов, разрушению к-рых предшествуют значит, остаточные деформации. Одной из осн. количеств, характеристик прочности является предел прочности (временное сопротивление) при растяжении, равный частному от деления наибольшей нагрузки, к-рую выдерживает растягиваемый образец, на первоначальную площадь его поперечного сечения. Другими характеристиками могут служить предел прочности при сжатии, предел прочности при сдвиге, истинное сопротивление при разрыве и т. д. В зависимости от свойств материала и типа нагрузок прочности материала может также характеризоваться пределом текучести, пределом ползучести, пределом выносливости, а также ударной вязкостью.

Различают 2 вида разрушения: в результате отрыва частиц или сдвига слоев. Разрушение путем отрыва типично для хрупких материалов (чугун, бетон, стекло), разрушение путем сдвига — для пластичных материалов (малоуглеродистая сталь, медь, алюминий и их сплавы). Вместе с тем вид разрушения и прочности материала существенно зависят от условий нагружения (темп-pa, скорость нагружения, вид на- пряж. состояния, наличие концентраторов напряжений, агрессивная среда, действие проникающих излучений и т. п.). Напр., с повышением темп-ры пластичность металлов обычно увеличивается, появляется способность к ползучести, а характеристики П. уменьшаются. Понижение темп-ры ведет к увеличению хрупкости с преобладанием разрушения путем отрыва. При увеличении скорости нагружения характеристики П. обычно несколько возрастают, а пластичность уменьшается. Некоторые материалы (например, стекло) обнаруживают пониженную П. при длит, действии нагрузки и разрушаются по типу отрыва.

П. твердых тел обусловлена взаимодействием между атомами (молекулами, ионами), из к-рых состоит тело. Разрушение наступает, когда внешние силы преодолевают силы взаимодействия между частицами по некоторому сечению или слою. Процесс упругого и пластического деформирования связан также с преодолением сил взаимодействия. Определение упругих и пластических свойств и прочности твердых тел на основе данных об атомо-молекулярной структуре составляет раздел физики твердого тела. Теоретич. расчеты, основанные на рассмотрении идеальной кристаллич. решетки, дают значения характеристик прочности, обычно в сотни и даже тысячи раз превышающие опытные значения. Чтобы устранить это расхождение, необходимо предположить наличие в теле дефектов.

Совр. точка зрения на П. и пластичность моно-кристалличечских твердых тел исходит из факта наличия дефектов кристаллич. решетки и, в первую очередь, дислокаций, т. е. линейных искажений структуры решетки, имеющих ширину в неск. периодов решетки, а длину в сотни и тысячи раз большую. На 1 см2 ненаклепанного металла приходится 106—108 следов выхода дислокаций. При пластич. деформации плотность дислокаций может повыситься до 1011—1012 на 1 см2. Элементарные акты скольжения внутри кристаллов сводятся к перемещению дислокаций. Помимо дислокац. механизма, пластическая деформация монокристаллов может быть обусловлена также двойникованием, диффузией атомов или вакансий и др.

Большинство строит, материалов являются либо поликристаллическими (сталь), либо неоднородно зернистыми (бетон). прочности этих материалов в осн. определяется наличием хаотически расположенных кристаллитов и зерен различной П. и ориентации, сильным влиянием границ зерен, инородных включений, пустот, трещин и т. д. Для теоретич. исследования поликристал- лич. и зернистых материалов применяются статистические методы. Разработана лишь статистическая теория хрупкого разрушения, согласно к-рой тело состоит из весьма большого числа элементов с нек-рым статистич. распределением П. Разрушение тела происходит, когда местное напряжение превзойдет П. наиболее слабого элемента. Эта теория позволяет дать качеств. и количеств, описания масштабного эффекта, наблюдаемого при разрушении хрупких тел, а также разброса характеристик прочности при испытаниях.

Разработан ряд способов повышения прочности материалов: введение в металлы и сплавы легирующих добавок, термич. обработка металлов, наклеп (в т.ч. поверхностное упрочнение), искусств, создание начальных напряжений и др. Широко используются армирование, создание искусств, анизотропии и др. Одно из перспективных направлений металлургии — создание металлов и сплавов, обладающих миним. начальной плотностью дислокаций. Это позволит многократно увеличить прочность материалов.

От физич. теорий П. необходимо отличать инженерные теории прочности. Последние представляют собой критерии, позволяющие судить о П. материала при сложном напряженном состоянии на основании характеристик П. при простом растяжении- сжатии. Практически использование инженерных теорий П. сводится к вычислению нек-рого эквивалентного (приведенного) напряжения, к-рое затем сравнивается с характеристикой П. при растяжении- сжатии.

Согласно 1-й теории, за критерий прочности принимается макс, растягивающее напряжение стх. Предполагается, что, независимо от вида напряженного состояния. П. будет исчерпана, когда напряжение ох превысит предельное напряжение i?, найденное из опыта на простое растяжение. Аналогично формулируются другие теории. Во 2-й теории за критерий П. принимаются наибольшие относит, удлинения, в 3-й теории — наибольшие касат. напряжения. Несколько обособленное место занимает 4-я теория, согласно к-рой П. при сложном напряженном состоянии определяется расположением гл. круга Мора относительно огибающей, построенной на основании опытных данных. В 5-й теории за критерий П. принимается удельная энергия деформации, связанная с изменением формы тела (возможна и иная трактовка этой теории, основанная на введении октаэдрич. касат. напряжения или второго инварианта девиатора напряжения).

Согласно совр. точке зрения, для оценки прочности при разрушении путем отрыва наиболее применимы 2-я и 4-я теории прочности. При этом эквивалентное напряжение сравнивается с пределом П. при растяжении. Для оценки прочности при разрушении путем сдвига применяются 3-я и 5-я теории; эквивалентное напряжение сравнивается при этом с пределом текучести (см. также в теории пластичности условия наступления текучести) . В связи с тем, что у одного и того же материала возможны оба типа разрушения, были предложены объединенные теории П. (напр., теория Давиденкова — Фридмана). 4-я теория в общем виде также допускает учет двух типов разрушения.

Лит.: Филоненко-Бородич М. М. [и др.], Курс сопротивления материалов, 4 изд., М., 1955—56; Ильюшин А. А., Ленский В. С., Сопротивление материалов, М., 1959; Фридман Я. Б., Механические свойства металлов, 2 изд., М., 1952; Н а д а и А., Пластичность и разрушение твердых тел, пер. с англ., М., 1954; Болотин В.В., Статистические методы в строительной механике, М., 1965; Когтрелл А. X., Дислокации и пластическое течение в кристаллах, пер. с англ., М., 1958.

  Влияние возраста на прочность бетона. Прочность бетона

  Прочность бетона при сжатии и прочность при растяжении. Прочность ...

  Прочность и устойчивость каменной кладки

  Влияние крупного заполнителя на прочность бетона. Прочность бетона

  ПРОЧНОСТЬ ЦЕМЕНТА. Зависимость прочности цементов от их ...

  Прочность конструкционных бетонов тяжелого, легкого, ячеистого ...

  ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ. Прочность легких бетонов

  Влияние температуры на прочность бетона. Прочность бетона

  Свойства бетона. Прочность бетона характеризуется его маркой

  Прочность бетона при растяжении. Прочность бетона