18.4: Диаграмма напряжения-деформации – хрупкие материалы

Хрупкие материалы, в том числе стекло, чугун и камень, обладают уникальными характеристиками. Они разрушаются без значительного изменения скорости удлинения, что указывает на то, что их разрывная прочность и предел прочности эквивалентны. Такие материалы также демонстрируют более низкие уровни деформации в точке разрыва. Разрушение хрупких материалов преимущественно происходит в результате нормальных напряжений, о чем свидетельствует разрушение, возникающее вдоль поверхности, перпендикулярной приложенной нагрузке. Эти материалы не имеют значительного сужения. Образование шейки — это локальное уменьшение площади поперечного сечения под нагрузкой. Интересным аспектом большинства хрупких материалов является их более высокий предел прочности при сжатии, чем при растяжении, в первую очередь из-за микроскопических дефектов, таких как трещины или полости, которые могут ослабить материал при растяжении, но оказать минимальное влияние на его прочность на сжатие.

Бетон, распространенный хрупкий материал, ведет себя по-разному при растяжении и сжатии. Диаграмма напряжения-деформации при растяжении показывает линейный диапазон упругости вплоть до предела текучести, за которым следует быстрое увеличение деформации до разрыва. Напротив, бетон демонстрирует больший диапазон линейной упругости при сжатии, и разрыв не происходит даже при пиковом напряжении. Вместо этого напряжение уменьшается по мере увеличения деформации вплоть до разрыва. Важно отметить, что модуль упругости, обозначенный на кривой напряжения-деформации наклоном линейного участка, остается постоянным как при растяжении, так и при сжатии для большинства хрупких материалов.

Хрупкие материалы под растягивающим напряжением не сильно удлиняются перед разрывом, что означает, что их предельная прочность и прочность на разрыв идентичны. По сравнению с пластичными материалами они обладают меньшей деформацией при разрыве.

Он возникает вдоль поверхности, перпендикулярной нагрузке, что указывает на то, что причиной разрушения в первую очередь являются нормальные напряжения.

Хрупкие материалы не подвергаются заметному сужению под нагрузкой.

Большинство хрупких материалов имеют более высокую предел прочности при сжатии, чем при растяжении, в основном из-за микроскопических дефектов, таких как трещины или полости, которые ослабляют материал при растяжении.

Рассмотрим диаграмму напряжения-деформации для бетонной плиты, пример хрупкого материала.

При растяжении наблюдается линейный диапазон упругости до предела текучести, а затем деформация увеличивается быстрее, чем напряжение, пока плита не разорвется.

При сжатии бетон демонстрирует больший линейный диапазон упругости, и разрыв не происходит, когда напряжение достигает своего пика. Вместо этого напряжение уменьшается, в то время как напряжение продолжает увеличиваться до разрыва.

Модуль упругости, представленный наклоном линейной области, одинаков как по сжатию, так и по растяжению для большинства хрупких материалов.