3 Порядок подготовки и проведения опыта

1 С помощью штангенциркуля измерить диаметр сечения образца. Измерить линейкой расстояние от зеркала до шкалы и расстояние между зеркалами. Полученные величины записать в журнал.

2 Проверить работу зеркального прибора путем нагружения и разгружения образца нагрузкой в 1 ().

3 Нагрузить образец крутящим моментом, равным 1 (), и снять отсчеты по зеркальному прибору. Данные занести в журнал.

4 Увеличивать крутящий момент ступенями по 1 . При каждой ступени нагружения брать отсчет по прибору и записывать в журнал. Всего нужно сделать четыре ступени нагружения и получить четыре отсчета по зеркальному прибору.

5 Разгрузить образец до 1 и проверить показания прибора. Показания должны совпадать с первоначальными.

4 Обработка опытных данных

1 Определить разность отсчетов показаний зеркального прибора при нагружении на одну ступень. Полученную разность записать в таблицу журнала.

2 Определить среднее значение угла закручивания по показаниям зеркального прибора при увеличении крутящего момента на 1 ().

3 Вычислить модуль сдвига при кручении.

4 Построить график зависимости между углом закручивания и крутящим моментом.

5 Сравнить опытное значение модуля сдвига со справочным. Погрешность вычислить по формуле

(5.9)

5 Контрольные вопросы

1 Какие напряжения возникают в поперечном сечении круглого образца при кручении?

2 Что называется жесткостью сечения при кручении?

3 Как называется деформация при кручении?

4 От каких величин зависит деформация при кручении?

5 Что называется крутящим моментом?

6 Как определить крутящий момент М_к?

7 Как действует зеркальный прибор при определении угла закручивания?

8 Как определить среднее значение отсчета на одну ступень нагружения?

9 Что называется модулем сдвига?

10 Какова размерность модуля сдвига?

11 Какова размерность угла закручивания?

12 Как определить J_p?

13 Между какими сечениями заключена рабочая длина l образца?

14 Какие гипотезы используются при исследовании деформаций кручения круглого бруса?

Лабораторная работа №6 Испытание образцов пластичного и хрупкого материалов на кручение

1. Цель работы

Изучение характера разрушения хрупких и пластичных материалов при кручении.

2 Машина и приборы

Испытание образцов материала производится на машине КМ-50.

Для испытания применяются образцы цилиндрической формы.

Машина КМ-50 предназначена для испытания на кручение с моментом 50 образцов круглого, прямоугольного и трубчатого сечений.

3 Порядок проведения работы

1 Вставить образец в захвате машины.

2 Провести на образце риску вдоль образующей.

Опыт проводится последовательно для двух образцов из хрупкого и пластичного материалов. Образец пластичного материала при кручении сначала следует закону Гука; на диаграмме кривая 1 (14а) от начала до точки 1. Точка 1 соответствует пределу пропорциональности. Напряжения распределены по сечению по линейному закону

. (6.1)

При дальнейшем увеличении наступает текучесть материала. На диаграмме – площадка текучести. Сначала текучесть возникает в точках с наибольшим касательными напряжениями на внешней поверхности образца. Затем текучесть распространяется к центру, напряжения достигают во всех точках предела текучести. Эпюра распределения напряжений изобразится в виде прямоугольника (рисунок 14б).

. (6.2)

При последующем закручивании напряжения во всех точках сечения начнут возрастать. При достижении во внешних точках сечения напряжения, равного пределу временного сопротивления материала , образец незаметно и бесшумно разрушается путем среза по поперечному сечению. На рисунке 14 в изображается эпюра распределения напряжений.

Если эпюру заменить линейной эпюрой, эквивалентной ей в отношении крутящего момента, то наибольшее напряжение определяется по формуле

. (6.3)

Рисунок 14 - Эпюра распределения напряжений

Разрушению образца пластичного материала предшествует большой угол закручивания – несколько полных оборотов. Риска на образце материала превращается в винтовую линию.

Необходимо измерить полный угол закручивания в радианах и записать в журнал.

Образец из хрупкого материала, кривая II (рисунок 14а) не дает больших остаточных деформаций. Риска, нанесенная на образец, лишь немного искривляется, разрушение происходит внезапно, с треском, путем отрыва по наклонному сечению с углом наклона, близким к 45⁰.

По этому сечению действуют главные растягивающие напряжения δ₁.

Это характерное разрушение показывает, что хрупкий материал, в отличие от пластичного, сопротивляется сдвигу лучше, чем растяжению.