Більшість характеристик механічних властивостей металів і сплавів не є їх фізичними константами. Вони великою мірою залежать від умов проведення випробування. Тому не можна робити висновки про властивості металевих матеріалів за даними механічних випробувань, які проводяться різними дослідниками за різними методиками. Необхідне виконання певних умов проведення випробувань, які б забезпечили сталість результатів при багатократному повторенні випробувань, так, щоб ці результати в максимальному ступені відображали властивості матеріалу, а не вплив умов випробування. Крім того, дотримання цих правил повинне гарантувати порівнянність результатів випробувань, проведених у різний час, у різних лабораторіях, на різному устаткуванні, зразках і т. д. Умови, що забезпечують таку сталість і порівнянність результатів, називаються умовами подібності механічних випробувань.
Для дотримання умов подібності зразки необхідно піддавати випробуванням при однаковій схемі напруженого стану і в однакових фізичних умовах. Звідси виникає необхідність дотримання трьох видів подібності:
1) геометричної (форма і розміри зразка);
2) механічної (схема і швидкість прикладення навантажень);
3) фізичної (зовнішні фізичні умови).
Умова геометричної подібності зводиться до того, що випробовувані зразки повинні мати геометрично подібну форму. Наприклад, два зразки геометрично подібні, якщо вони мають якісно однакову конфігурацію, а відношення будь-яких двох відповідних розмірів кожного з них дорівнюють і т. д.
Форма і розміри зразка впливають на результати випробування через схему напруженого стану, яка залежить від форми тіла і певного розміщення точок прикладення навантажень.
Природно, що ще більший вплив на напружений стан у зразку робить схема прикладення навантажень. У загальному вигляді механічна подібність полягає в тому, щоб у подібних перерізах робочої частини зразків виникали тотожний напружений стан і однакова відносна деформація. Якщо можна нехтувати впливом швидкості деформації, то умова механічної подібності зведеться до того, що всі прикладені до зразка зовнішні сили повинні бути подібно напрямлені й прикладені у відповідних його точках. При великих швидкостях деформації дотримання механічної подібності в різних за розміром зразках ускладнюється. Необхідно зазначити, що сформульовані умови геометричної і механічної подібності забезпечують тотожність напружених станів і відносних деформацій не у всіх випадках. Відхилення спостерігаються, зокрема, при крихкому руйнуванні, при дуже великих відмінностях в абсолютних розмірах зразків («масштабний фактор») і ряді інших випадків, кожний з яких має своє пояснення. Наприклад, вплив масштабного фактора можна пояснити на основі статистичних теорій міцності. Зниження механічних властивостей при збільшенні розмірів зразків пов'язують із збільшенням ймовірності існування небезпечних поверхневих і внутрішніх дефектів – концентраторів напружень, що викликають передчасну деформацію і руйнування.
Необхідність фізичної подібності для отримання відтворювальних і порівняльних результатів випробувань абсолютно очевидна і не вимагає спеціальних роз'яснень.
Коли необхідне отримання порівнянних даних за властивостями різних матеріалів, дотримання фізичної подібності ускладнюється. Наприклад, порівняння механічних властивостей різних металів і сплавів при одній температурі може бути при розв’язанні певних задач позбавлене фізичного значення. Механічні властивості, зокрема зміцнювальні, пов'язані з температурою початку плавлення металу або сплаву за інших рівних умов. Чим вища ця температура, тим вищі зміцнювальні характеристики при заданій температурі випробування. Тому зіставлення властивостей різних металевих матеріалів правильніше проводити при однакових гомологічних температурах, тобто однакових відношеннях абсолютних температур випробування і плавлення Твипр/Тпл .
Гомологічною температурою для кожного металу називається температура, що виражається у процентах від абсолютної температури його плавлення, яку беруть за 100%. На рис. 3.8 подана схема, запропонована Фрідманом, на якій по осі абсцис відкладені в масштабі температури стоградусної (верхня) та абсолютної (нижня) шкал, а по осі ординат – відсотки від 0 до 100. Прямі, проведені з початку координат до значення температур плавлення різних металів (Нg, Рb, Сu, Fе), на стоградусній шкалі дозволяють легко переходити від однієї шкали до іншої. Рівність гомологічних температур при фізико-хімічному аналізі сплавів дозволяє встановлювати загальні закони зміни їх властивостей.
Рисунок 3.8 – Гомологічні температури
Для отримання порівняльних результатів і правильного аналізу, крім дотримання трьох перелічених умов подібності, велике значення має методика виготовлення зразків для випробувань. У кожному випадку вона повинна бути чітко обумовлена. Один і той самий матеріал залежно від умов його отримання (швидкості кристалізації під час лиття, ступеня обтискання під час прокатування і т. д.) може мати різко різні властивості. Тому для отримання порівняльних даних завжди необхідно дотримувати ідентичність режимів (а не тільки методів) отримання та обробки заготовок для зразків, виготовляти їх (наприклад, на верстатах) за однією технологією.
Спосіб виготовлення зразка повинен бути таким, щоб в останньому створювалася структура, ідентична структурі відповідної деталі. При виготовленні зразків заданої форми потрібно використовувати такі методи обробки, які не міняють властивостей металу, властивих йому в заготовці або виробі. Тому зразки в процесі виготовлення не можна нагрівати значно вище за кімнатну температуру, піддавати значним пластичним деформаціям (наклеп) і т. д.
Велике значення має якість поверхні зразків. Поверхневі дефекти (подряпини, риски) служать концентраторами напружень й знижують характеристики міцності і пластичності.
Важливість дотримання умов подібності під час проведення механічних випробувань наочно демонструється стандартизацією їх методики в державному, а деяких випробувань і в міжнародному масштабі. Є ГОСТи на більшість найпоширеніших випробувань. У них з урахуванням усіх умов подібності уніфіковані форми і розміри зразків, якість їх виготовлення, основні методичні прийоми випробування, а також вимоги до застосовуваної апаратури, точності виміру напружень і деформацій, температури і т. д.
і т. д.