Механические характеристики и допускаемые напряжения материалов

 

При различных видах деформаций требуется знать числовые значения величин механических характеристик материала и его физико-механи­ческие свойства.

В таблице 2.1 приводятся сведения о физико-механических свойствах сталей, чугунов, некоторых сплавов и некоторых неметаллических материалов, которые широко используются в машиностроении и строительстве расчетов деталей машин и элементов инженерных конструкций.

.

Таблица 2.1 – Физико– механические свойства материалов

 

Материал	Модуль упругости, МПа	Коэффициент Пуассона, m	Удельный вес, g,
Е, 105	G, 105
Сталь углеродистая	1,96-2,06	0,785-0,794	0,24-0,28	78,6
Сталь легированная	2,06-2,16	0,785-0,794	0,25-0,30	78,5
Стальное литье	1,75	-	0,25-0,33	78,5
Чугун серый, белый	1,13-1,57	0,44	0,23-0,27
Чугун ковкий	1,52	-	-
Латунь	0,9-1,0	0,35-0,37	0,32-0,42
Алюминий	0,59-0,69	0,26-0,37	0,32-0,36
Сплавы алюминевые	0,70-0,72	0,27	0,32	-
Дюралюминий	0,71	0,27-0,37	-
Гранит	0,49	-	-	25-28
Мрамор	0,56	-	-	25-28
Кирпичная кладка	0,027-0,03	-	-
Бетон:
тяжёлый;	0,17-0,40	-	0,16 –0,18
на пористых заполнителях;	0,03 –0,23	-	0,16 –0,18
ячеистый	0,01 –0,10	-	0,16 –0,18
Древесина (сосна, ель):
вдоль волокон;	0,01-0,12	0,055	-	5,5
поперёк волокон	0,005 –0,01	-	-	5,5
Стекло	0,56	0,22	0,25
Каучук	0,00008	-	0,47	9,1
Текстолит	0,06-0,1	-	-	13,5
Оргстекло	0,03-0,04	-	0,35-0,38	11,8
Капрон	0,014-0,02	-	-	11,4
Фторопласт-4	0,0047-0,0085	-	-	21-23
Стеклопласты	0,18-0,35	-	-	14-19

 

В справочной литературе по сопротивлению материалов в основном приводятся сведения о широко распространенных материалах (низко- и среднеуглеродистые стали, реже чугуны и цветные металлы). Но для расчетов очень часто требуются механические характеристики специальных сталей и сплавов, которые подвергались термической обработке и обладают более высокими механическими свойствами. Поэтому в таблицах 2.2 и 2.3 содержатся сведения о механических характеристиках некоторых обычных и упрочненных конструкционных сталей, цветных металлов и неметаллов.

 

Таблица 2.2 - Механические характеристики углеродистых конструкционных сталей

 

Марка стали	σв	σт	τт	Относительное удлинение, % при l=10d	Ударная вязкость	σu-1	σ-10	τ-1k
МПа	МПа
					-	170-200	120-160	100-130
						200-270	170-210	110-140
						250-340	190-250	150-200
	(900)	(600)		(19)	(15)
50 Г						-	-	-
	(960)	(700)		(9)
20 Х			-				-	170-230
40 Х			-			350-380
	(1000)	(800)	-		(17)
40ХН	(1000)	(800)	(390)			(400)	(290)	(240)
38ХМЮА	(1000)	(1000)	-	(9)	(9)	(420-450)	-	-
20ХНЗА	(950)	(750)	-	(12)	(10)	(430-450)	(300-320)	(245-255)
40ХНМА	(1000)	(950)	-	(12)	(10)	(500-700)	-	(270-280)
30ХГСА			-			510-540	500-535	220-245
	(1700)	(1070)		(6)		(750)		(430)
Примечание - () механические характеристики стали после термообработки

 

Таблица 2.3 - Механические характеристики некоторых цветных
металлов и неметаллов

 

Материал	Предел прочности, МПа	Предел текучести, пропорциональности, МПа	Предел выносливости, МПа
Латуни:
Л68 мягкая	σр = 320	σ0,1 = 91	σ -1 = 120
Л68 твердая	τср= 200
	σ р = 600	σ0,1 = 520	σ -1 = 150
ЛТЦ 58-2 мягкая	σр= 400	σт = 156	-
ЛТЦ 58-2 твердая	σр = 700	-	-
Бронзы:
Бр. 0-10	σр= 250	-	-
Бр.ОЦ 8-4	σр= 200	σт= 40-50	-
Бр. А5	σр= 800	σт= 500	σ -1 = 134
		σпц= 480
Алюминевые сплавы:
АЛ1	σр = 200 τср= 170	σт= 170	σ -1 = 56
Д16, Д 16П	σр = 210-300	σт = 380	σ -1 = 140
Стеклопласты	σр= 260-400 σс= 100-300 σи = 130-150	σпц= 122-260	σ -1 /σ В = 0,22-0,25
Капрон	σр= 60 σи= 90	-	-
Гранит	σр= 3 σс= 120-260	-	-
Мрамор	σс= 100-180	-	-
Кладка кирпича	σс= 2,5-9
Бетон	σс = 5-48
	σр=9,31 – 11,55	σпц=61
	σс=42,7 – 46,6	σпц=31
	σи=73,6 – 87,7
	τср=6,2 –7,3
Примечания: σр,σс – предел прочности при растяжении и сжатии; σи– предел прочности при изгибе; σ ср – предел прочности при срезе; σпц – предел пропорциональности при растяжении; σт – предел текучести при растяжении.

 

При расчетах на прочность можно руководствоваться таблицами 2.4-2.6, в которых приведены допускаемые напряжения и расчетные сопротивления материалов.

 

Таблица 2.4 - Допускаемые напряжения и расчетные сопротивления материалов при статическом нагружении

 

Материал	Допускаемые напряжения, МПа	Расчетное сопротивление, R, МПа
При растяжении, [σ] p	При изгибе, [σ]и	При кручении, [σ]кр	При срезе [σ]ср
Ст.3
Ст.5
Сталь 45
	(300)	(360)	(230)	(185)
Сталь 50Г
	(270)	(330)	(250)	(165)
Сталь 40Х
	(440)	(530)	(330)	(270)
Сталь 20Х
	(290)	(350)	(220)	(175)
Сталь 30ГХСА
(510)	(690)	(390)	(310)
Чугун серый	28-80 120-150(сжатие)	-	-	-	180(сжатие)
Латунь	70-140
Бронза	60-120
Дюралюминий	80-150
Текстолит	30-40
Сосна вдоль волокон	7-10 10-12 (сжатие)				8,5-16
Кирпичная кладка	До 0,2 0,6-2,5 (сжатие)
Бетон	0,1-0,7 1-9 (сжатие)				10 (сжатие)
Примечание – () – допускаемые напряжения после термообработки.

 

Таблица 2.5 - Расчётные сопротивления проката для стальных конструкций и отливок из серого чугуна

 

Материал	Расчётное сопротивление, МПа
Ry	Ru	Rt	Rc
Сталь листовая, прокат, фасонная С245 С255 С285 С375			- - - -	- - - -
Чугун серый СЧ15 СЧ20 СЧ25 СЧ39	- - - -	- - - -

 

Таблица 2.6 – Расчётные сопротивления срезу и растяжению стальных болтов

 

Напряжённое состояние	Расчётное сопротивление, МПа
Классы болтов
4,6	4,8	5,6	5,8
Срез,Rbs
Растяжение,Rbt