Какие экспериментальные исследования необходимо проводить для пластических и композиционных материалов

В данном докладе рассматривается вопрос, какие экспериментальные исследования необходимо проводить для пластических и композиционных материалов? Для начала рассмотрим, что представляют собой сами материалы, их свойства и структура, а затем какие необходимы исследования для них. Пластические материалы это те материалы, которые имеют свойство сохранять деформацию после прекращения действия нагрузки. К пластичным материалам можно отнести: отожженную медь, алюминий, латунь, золото, малоуглеродистую сталь. Менее пластичными являются дюраль и бронза. Свойство пластичности имеет очень важное значение для таких технологических операций, как штамповка, вытяжка, волочение, гибка. Мерой пластичности является удлинение d при разрыве, чем оно больше, тем более пластичным считается материал. Довести испытуемый образец пластического материала до разрушения практически никогда не удастся. Если испытывать цилиндр, сделанный из пластичного материала, то он сожмется в тонкий диск, и дальнейшие испытания ограничатся лишь возможностями машины. Поэтому предел прочности при сжатии для такого рода материалов не может быть найден. Исследование образцов из пластичных материалов проводят на растяжение, сжатие, также исследования по мгновенному модулю сдвига. Чтобы получить более точное представление о свойстве пластичности, можно сделать простой опыт. К примеру, возьмем вытянутый параллелепипед или стержень из пластичного материала и пусть этот стержень опирается двумя концами на опоры. Если на средину стержня класть металлические грузики изменение формы стержня будет визуально незаметно пока нагрузка невелика. Но при дальнейшем нагружении можно обнаружить, что в определенный момент стержень прогибается и становится криволинейным. Когда уберем все грузы, криволинейная форма все равно сохранится. Этот опыт показывает, что стержень, который обладает свойством пластичности, сопротивляется действию нагрузок и почти не изменяет свою форму, до тех пор, пока нагрузка не превысит определенный порог, и после этого происходит заметное изменение формы материала, которое сохраняется и после снятия нагрузки. Исследование пластичности проводят в следующем. Во-первых важно знать, что есть важное обстоятельство: обычно пластичность предшествует разрушению, так что изучение пластических деформаций является основой прогноза прочности и долговечности конструкции. Второе направление изучения пластичности – это исследование того, что происходит в материале, на микроуровне, т.е., что именно происходит внутри материала, например, при пластическом изгибе балки. Можно, по аналогии с опытом на изгиб стержня, сделать опыт на его растяжение, для этого верхний конец стержня закрепляем жестко, а к нижнему прикладывают нагрузку. И в этом случае визуально заметить изменение длины образца довольно трудно, но если измерять деформацию специальными приборами, то обнаруживается, что процесс деформирования оказывается аналогичным с тем опытом, что и с изгибом материала. Получается, что при постепенном возрастании растягивающей нагрузки сначала проявляются очень малые упругие деформации, когда же нагрузка достигает критического значения, то деформация становятся, более существенной и необратимой. Микроскопический анализ этих линий, которые в процессе деформации появляются в виде тонких параллельных прямых линий, направленных под углом в 45° к оси образца, показывает, что они появляются в результате того, что в материале пластинки происходит сдвиг. То есть один тонкий слой как бы сдвигается относительно второго, второй – относительно третьего и т.д. Эти линии называются линиями Людерса – Чернова, которые и есть границы сдвигающихся слоев. Они позволяют понять, как такие сдвиги приводят к пластическому удлинению образца и почему после снятия нагрузки пластические деформации не исчезают. Более сложные и точные опыты показали, что пластические деформации металлов и сплавов всегда вызываются сдвигами внутри материала. Кроме того, по аналогии с пластичными материалами происходят деформации и в пористыми материалами, но они связаны с уменьшением пор. Наиболее распространённым пористым материалом является пенопласт.