Лабораторна робота № 4

4. Визначення модуля пружності при розтязі

Мета роботи: ознайомлення із методикою визначення модуля Юнга при розтягу стального зразка, вивчення конструкції важільного тензометра і визначення модуля Е сталі.

4.1 Загальні теоретичні положення

Під дією розтягуючої сили прямий брус постійного поперечного переріза довжиною видовжується на деяку величину , яка називається абсолютним видовженням при розтягу.

Лінійну відносну деформацію визначають по формулі:

.

Стержні з різних матеріалів видовжуються по різному. Для випадку, коли напруження в брусі не перевищує границю пропорційності, дослідом встановлена наступна залежність

,

де N – повздовжня сила в поперечних перерізах бруса;

А – площа поперечного перерізу бруса;

E – модуль Юнга, який залежить від фізичних властивостей матеріалу.

Справедливий закон Гука

,

де – модуль Юнга.

Абсолютне видовження бруса визначається за формулою:

.

В даній роботі модуль Юнга визначається із досліду на розтяг стального зразка.

4.2 Методика визначення модуля пружності

Спочатку вимірюють розміри зразка.

Потім встановлюють на зразку два однакових тензометра (рис. 4.1), з допомогою яких виміряються абсолютні повздовжні де­формації (видовження) розтягнутого зразка. Бази тензометрів повинні бути однаковими, причому леза призм обох тензометрів по­винні знаходитися в одній вертикальній площині.

Щоб виключити ненадійні виміри зусиль і деформацій на почат­ку навантаження, відлік навантажень починають не від нуля, а від деякого навантаження . Для стальних зразків початкове на­вантаження повинно відповідати напруженню не менше 50 МПа.

Потім задаються величиною приросту навантаження, тобто сту­пінню навантаження, яку в даній роботі слід прийняти рівній = 1,5 кН.

Визначають величину найбільшої сили , яку можна прикласти до зразка, не викликаючи в ньому напружень, що перебіль­шують границю пропорційності матеріалу зразка. Остан­ня для випробуваної сталі може бути прийнята = 200 МПа.

Переконавшись в правильності показів тензометрів, наванта­жують зразок, починаючи із , і додаючи послідовно навантаження по . Після кожного ступеня навантаження роблять відлік по­казів тензометрів. Навантаження і відповідні їм покази тензометрів записують в протокол лабораторної роботи.

4.3 Лабораторне обладнання для визначення модуля пружності .

В даній роботі, використана універсальна випробувальна машина типу УММ-5, яка являється контрольно-випробувальним приладом і призначена для статичних випробувань металів (зразків, виробів, деталей) на розтяг, стиск, згин і загин з граничним навантаженням 50 кН.

Машина УММ-5 влаштована по принципу розривних машин з меха­нічним навантаженням зразка і важільно-маятниковим силовимірювачем.

Для виміру діючих на зразок навантажень використовують силовимірювач, який кріпиться на колоні з лівої сторони машини. В силовимірювачі встановлений діаграмний апарат барабанного типу, який може записувати діаграму "навантаження-деформація" випробу­ваного зразка.

Для виміру абсолютних повздовжніх деформацій стального зразка приміняється важільний тензометр. Цей тензометр звичайно має ба­зу = 20 мм (в деяких моделях 10 мм). Якщо приєднати спеціаль­ний видовжувач, база може бути збільшена до любих розмірів в ме­жах 50 - 100 мм. Схема тензометра показана на рисунку 4.1.

Рисунок 4.1 – Схема тензометра

Тензометр притискується до випробувального зразка С за допомогою струбцини, не показаній на схемі. Відстань між нижнім ребром призми 1 і вістрем ножа 2 являється базою приладу. Жорст­ка рамка 6 приладу разом з призмою 1 складає частину приладу, яка сприймає деформацію. Частиною приладу, яка збільшує деформацію, являється важіль 3, який жорстко з’єднаний із призмою 1, а стрілка 5 шарнірно з'єднана з важелем 3 тягою 4. Стрілка 5 верхнім кінцем 6 шарнірно прикріплена до рамки. По шкалі 7 знімаються покази.

При збільшенні довжини (бази приладу) на величину буде поворот призми 1 навколо її верхнього ребра на деякий кут. Разом з призмою на цей же кут повернеться важіль 3 і за допомогою тяги 4 відхилить нижній її кінець на ве­личину - з відліку до відліку по шкалі 7. Різниця відліків по шкалі пропорційна видовженню . Коефіцієнт збільшення залежить від співвідношення важелів 3 і 5 і дорівнює:

Звичайно збільшення приладу дорівнює 1000 - 1200. В да­ному тензометрі = 1000. Якщо відомий коефіцієнт збільшення приладу, то по різниці відліків легко визначають видовження:

.