Требования к материалам

Прочностью называют способность материала, не разрушаясь и не получая практически ощутимых остаточных деформаций, сопротивляться действию заданной нагрузки (внешних сил). Прочность определяет сопротивление материала упругой и пластической деформации. Оценивают ее по результатам механических испытаний образцов материала показателями временного сопротивления (предела прочности при растяжении), предела текучести и величиной модуля нормальной упругости (модуля Юнга). Для большинства материалов (металлов и неметаллических) величины этих показателей оговорены в стандартах в виде обязательных для исполнения количественных характеристик.

Оценка поведения материала на основании знаний только о показателях прочности, как показывает практический опыт, недостаточна. Высокая прочность должна сочетаться с определенной деформационной способностью и отсутствием склонности к хрупкому разрушению. Иными словами, материал должен быть прочным, пластичным и вязким.

Деформационная способность оценивается показателями пластичности — относительным удлинением и относительным сужением после разрыва. Способность материала к упругим и пластическим деформациям позволяет ему без разрушения и нарушения целостности претерпевать напряжения, которые превышают пределы упругости и текучести, возникающие во время эксплуатации или создаваемые при выполнении технологических операций.

Прочность материала еще не свидетельствует о его высокой надежности. Более того, создание высокопрочных сталей, обладающих одновременно высокой надежностью, является очень сложной задачей.

Надежность материала определяет его способность сопротивляться разрушению. Разрушение металла может быть хрупким и вязким. Разрушение без пластической деформации, его предваряющей, принято называть хрупким. Оно характеризуется образованием трещин с большой скоростью (разрушение может быть практически мгновенным, когда сетка трещин даже не успевает стать видимой глазу). Количественной характеристикой сопротивляемости материала хрупким разрушениям служит показатель ударной вязкости, определяемый по результатам испытания на динамический (ударный) изгиб надрезанного образца. Если разрушение предваряется пластической деформацией, формоизменением участка конструкции, разрушение называют вязким (иногда при применении высокопластичного и вязкого материала разрушение так и не происходит, а процесс останавливается после формоизменения конструкции или возникновения трещин).

Механические свойства материалов, соответствующие заданному уровню надежности, обеспечивают не только неразрушаемость корпусных конструкций. От уровня надежности, диктующего допускаемые напряжения и запас прочности, зависит масса корпуса судна, а также стоимость материалов, трудоемкость их обработки, строительная стоимость судна, экономичность его эксплуатации. При заданном уровне надежности на изменение массы корпуса влияет отношение предела текучести к плотности применяемых материалов, называемое удельной прочностью, Если решающую роль играет обеспечение устойчивости и жесткости конструкции, то можно вести оценку по отношению к плотности величины модуля нормальной упругости. Соотношение названных относительных характеристик основных конструкционных материалов корпуса судна приведено в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Относительные характеристики конструкционных материалов корпуса судна

Материал	Плотность, г/см3	Предел текучести σТ, МПа	Модуль нормальной упругости Е, МПа	Удельная прочность (σТ/γ) 10—5, см	Удельная жесткость (E/γ)10—7, см
Малоуглеродистая сталь	7,8	240	2,1·10—5	3,1	27
Низколегированная сталь	7,8	300—400	2,1·10—5	3,8—5,1	27
Нержавеющая сталь	8,0	500—1000	2,1·10—5	6,2—12,5	26,2
Сплавы на основе титана	4,4	800—1000	1,1·10—5	18,2—22,7	25
Сплавы на основе алюминия	2,7	160—200	0,7·10—5	5,9—7,4	25,9
Конструкционные пластмассы	1,6—2,0	300—500	(0,8÷0,46)·10—5	18,8—25	5—23