KYP0040 MATERJALITEADUSE ÜLDALUSED - tud.ttu.ee

5. MATERJALIDE MEHHAANILISED OMADUSED
5.1 Materjalide tugevus ja selle määramine
Materjalide mehaanilised omadused väljendavad materjali käitumist mingi mehaanilise jõu toimel.
Tähtsamad mehaanilised omadused on tugevus, kõvadus, voolavus ja jäikus.
Materjali tugevuse iseloomustamiseks uuritakse materjali deformatsiooni sõltuvana mehaanilisest
pingest. Jõu rakendamiseks on seejuures 4 võimalust: tõmbe-, surve, nihke ja väändejõud. Seda,
kuidas nimetatud jõud deformeerivad objekti, on näidatud joonistel 5-1 ja 5-2.
Metalli tõmbetugevuse määramiseks kinnitatakse katsekeha kahest otsast ja hakatakse tõmbama.
Tavaliselt kasvab tõmbejõud ühtlase kiirusega. Katsekeha külge kinnitatakse tensomeeter, mis
mõõdab keha lineaarmõõtmete muutumist. Saadakse katsekeha pikenemise Δl sõltuvus rakendatud
jõust. Kuna selle sõltuvuse kuju oleneb katsekeha ristlõike pindalast, siis sõltuvus normeeritakse
(jagatakse jõud ristlõike pindalaga ja Δl algpikkusega). Saadakse sõltuvus koordinaatides pinge –
deformatsioon (suhteline pikenemine).
F
Δl
Mehaaniline pinge avaldub: σ = [Pa] ja deformatsioon avaldub δ = (ühikuta).
A 0
l 0
Metalli survetugevuse määramisel loetakse jõud negatiivseks, kuna ka deformatsioon on negatiivne.
F
Nihkedeformatsiooni määramisel (joon 5-2c) leitakse nihkepinge τ = , kus jõud on rakendatud
A 0
vastassuunaliselt kahele paralleelsele pinnale suurusega A 0 . Nihkedeformatsioon avaldub γ = tg Θ ,
kus Θ on nihkenurk.
Väändedeformatsiooni uurimisel rakendatakse tangensiaalsete jõudude paari T (joon 5-2d).
Väändepinge τ on võrdeline jõuga T, väändedeformatsioon avaldub aga γ = tg Φ , kus Φ on
väändenurk.
5.2 Elastne ja plastiline deformatsioon
Metallide deformatsiooni aste sõltub rakendatud pingest. Mitte väga suurte pingete korral on
suurema osa metallide deformatsioon võrdeline pingega
σ = E δ
(5.1) Hooke’i seadus
kus E – elastsusmoodul
Sellist deformatsiooni, kus δ on võrdeline σ-ga, nimetatakse elastseks deformatsiooniks. Vastav
graafik on sirge (joon 5-3a). Elastne deformatsioon on pöörduv – pinge kõrvaldamisel taastuvad
endised mõõtmed. Mõnede metallide korral on ka elastses piirkonnas sõltuvus veidi mittelineaarne.
Sellisel juhul iseloomustatakse materjali kahe elastsusmooduliga E 1 ja E 2 (joon 5-3b)
Elastsusmoodul sõltub temperatuurist – temperatuuri tõusul E väheneb.
Elastsusmoodul on seotud osakestevaheliste sidemete tugevusega materjalis. Mida tugevam on side,
seda suurem on E (seda vähem deformeerub). Keraamilistel materjalidel on võrreldes metallidega
suurem E, polümeeridel aga väiksem.
Elastsetel materjalidel on ka nihkepinge τ ja nihkedeformatsiooni vahel γ vahel võrdeline seos
19