Загальні відомості. В будівельній та інженерній практиці деформація кручення часто зустрічається в елементах просторових конструкцій

В будівельній та інженерній практиці деформація кручення часто зустрічається в елементах просторових конструкцій, витках пружин, валах тощо. Розрахунок на міцність та жорсткість при крученні потребує визначення фізико-механічних властивостей матеріалів, що використовуються. Для цього проводяться випробування на кручення зразків матеріалів у вигляді довгих стрижнів.

Кручення стрижнів відбувається в умовах пропорційної залежності між навантаженням – крутним моментом , та переміщенням – кутом закручування . При цьому крутний момент змінюється від нуля до деякого значення, що відповідає значенню дотичного напруження пропорційності . У цьому випадку кут закручування зразка визначається за законом Гука:

, (14.1)

де - довжина стрижня, - полярний момент інерції; G - модуль зсуву.

При подальшому збільшенні навантаження пропорційна залежність (14.1) між навантаженням та переміщенням порушується, спостерігається швидке збільшення кута закручування при відносно повільному збільшенні крутного моменту (рис. 14.1а). Руйнування стальних зразків відбувається по перерізах, перпендикулярних до осі, без утворення шийки від максимальних дотичних напружень (рис. 14.1а), чавунні зразки руйнуються від нормальних (головних розтягуючих) напружень по площинах під кутом 45° до осі (рис. 14.1б). Отже руйнування при крученні відбувається внаслідок зсуву або розтягування (відриву). При крученні чавунного зразка пропорційна залежність між крутним моментом та кутом закручування не спостерігається (рис. 14.1б); Зразок руйнується від дії максимальних нормальних напружень.

Дослідження діаграм дозволяє визначити наступні механічні характеристики для сталі:

- границю пропорційності

, (14.2)

- максимальне напруження

; (14.3)

для чавуну:

- максимальне напруження

, (14.4)

де - полярний момент інерції перерізу стрижня.

Для перевірки справедливості закону Гука крутний момент збільшується рівними кроками, кут закручування при цьому має однакові прирости.

Експериментальне значення модуля пружності при зсуві визначається за формулою:

, (14.5)

де - середнє значення приростів навантаження (крутного моменту); - середнє значення приростів кута закручування; - довжина робочої частини зразка.

Для випробування металів на кручення використовуються зразки у вигляді круглих стрижнів. Діаметр перерізу робочої частини стрижня дорівнює 10 мм, а довжина робочої частини - 100 мм.