Перегляд вихідного коду сторінки Міцність

{{Otheruses}}
[[Файл:Concrete Compression Testing.jpg|thumb|160px|[[Механічні випробування|Випробовування]] зразка на міцність при стисканні.]]
'''Мі́цність'''&nbsp;— здатність [[матеріал]]у чинити опір незворотній ([[Пластична деформація|пластичній]], [[Повзучість|в'язкій]]) деформації і [[руйнування (механіка)|руйнуванню]] (розділенню на частини) під дією навантажень або інших факторів ([[усадка]], нерівномірне температурне поле і&nbsp;т.&nbsp;д.). Втрата міцності або перевищення її граничного значення призводить до [[руйнування (механіка)|руйнування]] матеріалу і [[деталь машини|деталі]] чи конструкції з нього виготовленої. Міцність є однією з основних [[механічні властивості матеріалу|механічних характеристик матеріалу]].

Розрізняють міцність власне матеріалу і [[конструкційна міцність|конструкційну міцність]], а за способом прикладання навантаження: статичну ([[Границя міцності|короткочасну]] та [[тривала міцність|тривалу]]) і [[динамічна міцність|динамічну міцність]] (в умовах ударних та циклічних навантажень).

Показники міцності: [[тимчасовий опір]] або [[границя міцності]], [[границя пружності]], [[границя текучості]], [[границя тривалої міцності]], [[границя витривалості]].

== Допустимі напруження ==
Найбільші [[напруження]] в матеріалі деталі з умови надійної її роботи слід обмежувати допустимими значеннями. При розтяганні та стисканні допустимі напруження позначають відповідно <math>~[\sigma_{+}]</math> та <math>~[\sigma_{-}]</math>. При зсуві&nbsp;— <math>~[\tau]</math>.

Якщо відомі допустимі напруження і є формули, що визначають напруження через зусилля і моменти сил в перерізі, то можна, в принципі, розрахувати на міцність будь-яку деталь.

== Оцінка міцності при різних видах деформації ==
У разі розтягнення чи стискання стержня знаходять небезпечні перерізи, в яких напруження досягають найбільших по модулю значень, і для цих перерізів записують умову міцності у вигляді:
: <math>~\sigma_{max}=\frac{N_{max}}{F}\leqslant [\sigma]. </math>

Для випадку [[деформація зсуву|зсуву (зрізу)]]
: <math>~\tau_{max}=\frac{N_{max}}{F}\leqslant [\tau]. </math>

При [[деформація згину|згинанні]]
: <math>~\sigma_{max}=\frac{M_{max}}{W_0}\leqslant [\sigma]. </math>

При [[деформація кручення|крученні]]
: <math>~\tau_{max}=\frac{T_{max}}{W_p}\leqslant [\tau]. </math>

При поверхневому зминанні деталей
: <math>~\sigma_{3M}=\frac{N}{A}\leqslant [\sigma]. </math>

У цих рівняннях:
* <math>~\sigma_{max}</math>, <math>~\tau_{max}</math> і <math>~\sigma_{3M}</math>&nbsp;— найбільші розрахункові нормальне, дотичне напруження чи напруження зминання, відповідно;
* <math>~[\sigma]</math> і <math>~[\tau]</math>&nbsp;— допустимі нормальне і дотичне напруження, безпечні з точки зору міцності деталі;
* <math>N_{max}</math>&nbsp;— найбільше зусилля розтягу, зрізу або зминання;
* <math>M_{max}</math>&nbsp;— найбільший згинальний момент;
* <math>T_{max}</math>&nbsp;— найбільший крутний момент;
* <math>W_0</math>&nbsp;— осьовий [[момент опору]] перерізу;
* <math>W_p</math>&nbsp;— полярний момент опору перерізу деталі;
* ''А, F''&nbsp;— площа перерізу (поверхні зминання).

Для випадку [[складний напружений стан|складного напруженого стану]], коли вектор напруження в матеріалі довільно спрямований у тривимірних координатах, еквівалентне напруження та умову настання граничного стану визначають керуючись [[теорії міцності|теоріями міцності]].

== Статична міцність ==

=== Статична міцність в умовах короткочасних навантажень ===
==== Зразки для випробувань ====
[[Файл:Machine traction walter bai.JPG|300 px|right|thumb|[[Розривна машина]] для [[випробування на розтягування|випробувань зразків на розтягування]]]]
Важливою характеристикою матеріалу є [[границя міцності]], яку визначають в результаті руйнування зразків під час статичних випробовувань на спеціальних [[розривна машина|розривних машинах]]. Найчастіше випробовують на [[випробування на розтягування|розтяг]], рідше на [[стиск]], [[Деформація згину|згин]] або [[деформація кручення|кручення]]. У випадку розтягу стандартний зразок круглого (рідше прямокутного) перетину навантажують двома однаковими й протилежно спрямованими силами вздовж його осі. Ці сили плавно зростають доти, поки зразок не зруйнується. Найчастіше використовують довгі зразки, в яких відношення довжини до поперечного діаметра l/d = 10, рідше&nbsp;— короткі, в яких l<sub>0</sub>/d<sub>0</sub> = 5, де l<sub>0</sub>&nbsp;— початкова розрахункова довжина і d<sub>0</sub>&nbsp;— початковий діаметр зразка; S<sub>0</sub>&nbsp;— початкова площа поперечного перетину зразка). Перед випробовуванням на зразок наносять позначки, якими позначають величину l<sub>0</sub>, потім вимірюють l<sub>0</sub> і d<sub>0</sub>.

==== Діаграма розтягання ====
[[Файл:Stress Strain Ductile Material.png|300 px|right|thumb|Діаграма розтягання металевого зразка]]
На основі випробувань зразків на розривних машинах будується діаграма розтягування ([[діаграма деформування]]) у координатах [[напруження]]-[[деформація]]. Характер діаграми залежить від властивостей випробуваного матеріалу. Типовий вигляд такої діаграми зображено на рисунку. Діаграма розтягування має низку характерних ділянок.

Від початку навантажування до певного значення напружень спостерігається прямопропорційна залежність між напруженням та деформацією. На цій стадії розтягування справедливий [[закон Гука]].

Далі ця лінійна залежність втрачається і межа має назву ''[[границя пропорційності]]''. Отже ''границею пропорційності називається напруження, після якого порушується [[закон Гука]]''.

При подальшому збільшенні навантаження, у матеріалі з'являються [[залишкова деформація|залишкові деформації]], що не зникають після розвантаження. Найбільше напруження, до якого залишкова деформація не виявляється, називається ''[[границя пружності|границею пружності]]''.

Подальше збільшення навантаження приводить до появи горизонтальної площинки текучості на діаграмі деформування. Такий процес деформації називають ''текучістю матеріалу'', що супроводжується залишковим подовженням, яке не зникає після розвантаження. Отже, ''[[границя текучості|границею текучості]] ({{lang-en|yield strength}}) σ<sub>Т</sub>'' зветься найменше напруження, при якому деформація зразка відбувається при постійному розтягувальному напруженні.

Початок пластичної деформації відповідає настанню деякого
критичного стану, який можна виявити не тільки за появою залишкових деформацій, але і за підвищенням температури, зміною електропровідності та магнітних властивостей при цьому. Після стадії текучості матеріал знову набуває здатності збільшувати опір ({{lang-en|strain hardening}}) до деякої границі. Напруження, що відповідає максимальному опору матеріалу має назву ''тимчасовий опір'' або ''[[границя міцності]]'' ({{lang-en|ultimate strength}}) і позначається ''σ<sub>в</sub>''.

Подальше розтягування зразка супроводжується появою шийки (локалізації деформування), його знеміцненням і руйнуванням ({{lang-en|fracture}}).

Границя (межа) міцності при стиску щільних вивержених та [[метаморфічні гірські породи|метаморфічних гірських порід]] становить приблизно 100&nbsp;МПа, а для особливо міцних порід, наприклад, [[базальт]]ів, досягає 500&nbsp;МПа. Міцність осадових порід суттєво залежить від їхньої структури та пористості і лежить у межах 5—200&nbsp;МПа. [[Теорії міцності]] розроблялися багатьма вченими, серед яких були [[Галілео Галілей]], [[Адемар Жан-Клод Барре де Сен-Венан|Сен-Венан]], [[Шарль Кулон|Кулон]], [[Джеймс Клерк Максвелл|Максвелл]], [[Мор Отто Христіан|Мор]], Ріттінґер та ін.

=== Міцність за умов тривалих навантажень ===
''Тривала міцність'' ({{lang-en|longtime strength}})&nbsp;— властивість [[матеріал]]у протидіяти руйнуванню при довгочасній дії статичного навантаження та високої [[температура|температури]].

З підвищенням температури характеристики [[Механічні властивості матеріалу|механічних властивостей матеріалів]] змінюються, тому за високих температур визначають не тільки звичні характеристики за короткочасних випробувань, але і характеристики за тривалої роботи.

Пошкодження матеріалу внаслідок його [[повзучість матеріалів|повзучості]] спричиняють [[руйнування (механіка)|руйнування]], опір якому має назву ''тривалої міцності'' або ''міцності матеріалу за довгочасного навантажування''. Вживання і визначення цього терміна обумовлюється ДСТУ 2825-94<ref>ДСТУ 2825-94 Розрахунки та випробування на міцність. Терміни та визначення основних понять.</ref>.

Термін ''довгочасна міцність'' ({{lang-en|long-term strength}}) регламентується ДСТУ Б А.1.1-5-94<ref>ДСТУ Б А.1.1-5-94 Загальні фізико-технічні характеристики та експлуатаційні властивості будівельних матеріалів. Терміни та визначення.</ref> для характеристики властивостей будівельних матеріалів.

Для оцінки міцності деталей, що тривалий час знаходяться у навантаженому стані в умовах підвищених температур вводиться поняття границі тривалої міцності.

''Границею тривалої міцності'' ({{lang-en|longtime strength limit}}) (за ДСТУ 2825-94) називається напруження, розраховане по початковій площі перерізу зразка за якого зразок досягає поділу на частини при даній температурі через обумовлений проміжок часу. Цей проміжок часу називається базою випробування. За ДСТУ 2825-94 поняття ''межа довгочасної міцності'' є недозволеним до вживання синонімом. Границю тривалої міцності визначають на основі результатів [[випробування на тривалу міцність|випробувань на тривалу міцність]].
{{Main|Тривала міцність}}

== Динамічна міцність ==
''Динамічна міцність''&nbsp;— властивість матеріалів і конструкцій чинити в певних межах опір руйнуванню або помітній зміні форми від діяння [[динамічне навантаження|динамічних навантажень]] і є характеристикою опору матеріалу деформуванню або руйнуванню при динамічному навантаженні.

Розрізняють динамічну міцність при багатократному циклічному навантаженні та динамічну міцність при однократному навантаженні.
{{Main|Динамічна міцність}}

== Конструкційна міцність ==
''Конструкційна міцність'' ({{lang-en|structural strength}})&nbsp;— міцність [[матеріал]]у конструкції з урахуванням конструкційних, технологічних і експлуатаційних чинників. Під конструкційною міцністю мають на увазі зазвичай певний комплекс механічних властивостей, що забезпечує тривалу і надійну роботу матеріалу в умовах його експлуатації.

Конструкційна міцність звичайно є меншою за власне міцність матеріалу. Невідповідність між конструкційною міцністю і міцністю матеріалу, що визначена на зразку з використанням випробних машин, залежить від:
* форми та розмірів деталі (наявністю джерел концентрації напружень: отворів, [[різь|нарізі]], рівців тощо);
* різних механізмів руйнування матеріалу деталі;
* стану матеріалу у поверхневих шарах деталі;
* анізотропії властивостей матеріалу;
* особливостей середовища, що контактує з поверхнями деталі тощо.
{{Main|Конструкційна міцність}}

== Питома міцність ==
''Питома міцність'' ({{lang-en|specific strength}})&nbsp;— відношення максимально допустимих механічних напружень, які [[матеріал]] здатен витримати без руйнування, до [[густина|густини]] матеріалу. Питома міцність матеріалів особливо є важливою для авіабудування, ракетобудування, космічних апаратів і є найінформативнішою характеристикою при виборі матеріалу для конструктивних елементів літальних апаратів.
{{Main|Питома міцність}}

== Зміцнення матеріалів ==
''[[Зміцнення матеріалів]]'' ({{lang-en|strengthening of materials}})&nbsp;— підвищення опору матеріалів або [[заготовка деталі|заготовок]] руйнуванню чи деформації внаслідок технологічного процесу<ref name=DSTU2494>ДСТУ 2494-94 Метали. Оброблення зміцнювальне. Терміни та визначення.</ref>.

Зміцнення характеризується ступенем зміцнення&nbsp;— показником відносного підвищення значення заданого параметра опірності матеріалу руйнуванню чи залишковій деформації у порівнянні з його вихідним значенням в результаті зміцнювальної обробки, а також (у ряді випадків) глибиною зміцнення (товщиною зміцненого шару). Зміцнення зазвичай супроводжується зниженням [[пластичність|пластичності]]. Тому практично вибір способу і оптимального режиму зміцнювальної обробки визначається максимальним підвищенням міцності матеріалу при допустимому зниженні пластичності, що забезпечує найбільшу [[конструкційна міцність|конструкційну міцність]].
{{Main|Зміцнення матеріалів}}

== Див. також ==
* [[Жароміцність]]
* [[Міцність гірських порід]]
* [[Границя міцності]]
* [[Напружено-деформований стан]]
* [[Теорії міцності]]

== Примітки ==
{{reflist}}

== Джерела ==
* Опір матеріалів. Підручник /[[Писаренко Георгій Степанович|Г.&nbsp;С.&nbsp;Писаренко]], О.&nbsp;Л.&nbsp;Квітка, Е.&nbsp;С.&nbsp;Уманський. За ред. [[Писаренко Георгій Степанович|Г.&nbsp;С.&nbsp;Писаренка]]&nbsp;— К.: Вища школа,1993.&nbsp;— 655 с. ISBN 5-11-004083-4
* {{МГЕ|nocat=1}}
* [http://elartu.tntu.edu.ua/handle/123456789/736 Механіка руйнування зварних конструкцій: Курс лекцій. Для студентів спеціальності 7.092301 усіх форм навчання] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20121208191544/http://elartu.tntu.edu.ua/handle/123456789/736 |date=8 грудня 2012 }}/ Укладач: [[Ясній Петро Володимирович|Ясній П. В.]]&nbsp;— [[Тернопіль]]: [[ТНТУ|ТДТУ]], 2006. − 100 с.
* ''Травин&nbsp;О.&nbsp;В., Травина&nbsp;Н.&nbsp;В.''&nbsp;Материаловедение. М.: Металлургия, 1989.&nbsp;— 384&nbsp;с.
== Посилання == 
* {{ТС_Буд|частина=Міцність  матеріалів |сторінки =126-127}}
[[Категорія:Опір матеріалів]]
[[Категорія:Технологія машинобудування]]
[[Категорія:Властивості матеріалів]]