Силы, которые действуют на изделие, можно подразделить на внешние и внутренние.

Внешние силы возникают от внешней нагрузки: вес изделия, давление газа в сосуде, вес снега на крыше здания, сейсмические воздействия и др.

Внутренние силы возникают от изменения структуры металла под действием внешней нагрузки или при сварке, от изменения температуры изделия при эксплуатации и т. п. При расчетах на прочность внутреннюю силу часто называют усилием.

Внешние нагрузки могут быть статическими, то есть постоянными по величине и направлению, динамическими (то есть переменными) и ударными. Динамические знакопеременные нагрузки называют также вибрационными.

Деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием внешней или внутренней силы.

Рассмотрим удлинение стержня длиной L, к которому приложены силы, возрастающие от P до P1 растягивающие его.

Под действием сил стержень удлиняется. Обозначим через L удлинение стержня (такое удлинение называется абсолютным удлинением). Отношение абсолютного удлинения к первоначальной длине стержня называется относительным удлинением:

Относительное удлинение принято считать в процентах, то есть.

При растяжении стержня постоянного сечения величина деформации определяется действующей силой и будет тем больше, чем больше приложенная сила.

Напряжением называют силу, отнесенную к единице площади поперечного сечения тела, Так как сила измеряется в кгс, а поперечное сечение в мм2 или в см2, то напряжение будет выражаться в кгс/мм2.

Различают напряжения, возникающие при растяжении, сжатии, изгибе, кручении и срезе. Величину напряжения растяжения находят по формуле:

где ?p — напряжение растяжения (выраженное в кгс/мм2)

P растягивающая сила, кгс;

F — площадь поперечного сечения детали до ее разрушения, мм2.

Деформации бывают упругие и пластические. Если форма и размеры тела восстанавливаются после прекращения действия силы, то такая деформация называется упругой. Если же деформация остается и после снятия нагрузки, то такая деформация называется пластической.

Диаграмма растяжения стали

Рис 1. Диаграмма растяжения стали:
?y — предел упругости, ?т — предел текучести, ?B — временное сопротивление растяжению.

На рис. 1 приведена диаграмма растяжения образца из низкоуглеродистой стали. При возрастании напряжения не более некоторого значения (который называется пределом упругости) деформация остается упругой. Точкой С на диаграмме отмечено напряжение, при котором появляется деформация, остающаяся и после снятия нагрузки, т. е. пластическая деформация. Эта точка называется пределом текучести ?т .

Упругая деформация обычно очень незначительна по величине. Для низкоуглеродистых сталей она не превышает 0,2%. Увеличение напряжения свыше этого значения уже вызывает пластическую деформацию.

Предел упругости и предел текучести изменяются с ростом температуры, а именно — понижаются. Это значит, что пластическая деформация в нагретом металле возникает при меньших напряжениях или усилиях, чем в холодном металле.

Влияния температуры на величину предела текучести стали

Рис 2.
Влияния температуры на величину предела текучести стали

Из рис. 2 видно, что предел текучести, равный 25 кгс/мм2 при температуре 0 °С, при температуре 400 °С повышается до значения 15 кгс/мм2, а при температуре 600 °С — уже до 6 кгс/мм2.