3. Лабораторная работа №3

«Определение характеристик свойств при изгибе»

3.1 Цель работы

1.Изучить прибор и методику определения показателей при изгибе методом кольца.

2.Изучить характеристики свойств материалов при изгибе.

3.2 Краткие сведения из теории

Деформация материала при изгибе возникает под действием сил, направленных либо перпендикулярно его плоскости (поперечный изгиб), либо навстречу друг другу параллельно плоскости материала (продольный изгиб). Сила, действующая на материал, может быть сосредоточенной или распространенной по всей плоскости материала.

Деформация при изгибе наблюдается практически во всех деталях изделий легкой промышленности как при их производстве, так и при эксплуатации. При изгибе наружные слои материала под действием внешней силы растягиваются, а внутренние – сжимаются. Величина деформаций зависит от радиуса изгиба ми может быть более 50%. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе материалов, особенно для наружных деталей изделия.

Основным показателем механических свойств материалов при изгибе является жесткость Dи (H·м²), которая характермзует сопротивление материала при его деформировании. Жесткость при изгибе вычисляют по формуле:

Dи=Eи I (3.1)

где Eи - модуль упругости при изгибе, Па; I=bh³/12 – момент инерции поперечного сечения образца, м4 (b – ширина образца, м; h – толщина образца, м).

При эксплуатации в результате действия силы материалы могут быть не только изогнуты, но и сдавлены, т.е. образующаяся при изгибе складка подвергается сжатию.

Поэтому наряду с определением показателя жесткости материалов при изгибе применяют ряд других, позволяющих более аргументировано описать поведение материалов в зависимости как от состава и строения, так и условий эксплуатации.

При определении свойств материалов при изгибе применяют различные методы испытания: метод кольца; метод консоли; метод опоры пробы на двух опорах; метод продольного изгиба; определяют драпируемость и несминаемость материалов. Выбор метода испытаний зависит от вида материала и его назначения в изделии.

3.3 Выполнение работы.

1. Прибор ПЖУ – 12М состоит из следующих основных частей: технических весов, левая чашка которых имеет нажимную площадку для передачи нагрузки на пробу, закрепленную на съемной площадке, установленной на столике. Подъем и опускание столика осуществляется зубчато-реечным маховичком. Шкала, закрепленная на оси маховичка, служит для измерения высоты подъема столика. Столик фиксируется в любом положении подпружиненными зажимами. Над левой чашкой весов укреплены бункера, которые заполняют металлическими шариками. Шарики подаются из бункеров фигурными дисками, которые приводятся в движение электродвигателем и падают через трубку в чашку весов. Одновременно может работать только один из бункеров. Бункер освобождается от шариков при вращении вручную маховичка. С помощью передвижного контакта на шкале, градуированной в миллиметрах, задается требуемый прогиб пробы. При соприкосновении стрелки с передвижным контактом выключается электродвигатель и подача шариков прекращается. На передней панели прибора размещены электромагнитный счетчик падающих шариков, тумблер включения прибора и электросеть, кнопка пуска электродвигателя, сигнальная лампа включения в сеть.

Для проведения испытаний из материала вырезают пробу в двух взоимно-перпендикулярных направлениях: для мягких кож – вдоль и поперек линии хребта; для мягких искусственных и синтетических кож и пленок – вдоль и поперек машинного направления; для текстильных материалов – вдоль нитей основы и утка. Число проб должно быть не менее двух. Размеры проб для испытаний следующие: ширина (20±1) мм; длинна (70±1),(95±1) и (160±1) мм.

Пробу материала закрепляют на съемной площадке, концы складывают в стык или внахлест по линии. После этого съемную площадку с пробой устанавливают на столик по центру нажимной площадки. Контакт на школе ставят в положение, соответствующие заданному прогибу пробы – H0, которое зависит от его длинны.

При длине пробы 70мм контакт ставят на отметку 7мм, при длине 95мм – на 10мм, при длине 160мм – на 17мм.

В бункера засыпают металлические шарики диаметром 4мм (вес 0,26 сН) или 6мм (вес 0,88сН). Выбор шариков зависит от испытываемого материала и его длины.

Затем маховичком проверяют уравновешенность. В чашку с нажимной площадкой помещают груз массой 100мл для обеспечения контакта чашки с поверхностью пробы материала. Маховичком перемещают столик с пробой до соприкосновения с нажимной площадкой и доводят стрелку весов до нулевого положения, регистрируя высоту подъема столика по шкале с точностью до 0,1мм.

Включают электродвигатель и нагружают пробу шариками до автоматического выключения электродвигателя при соприкосновении стрелки весов с контактом. В донном положении пробу выдерживают 30 с. Затем столик с пробой опускают. Опускают коромысло и определяют по счетчику число выпавши из бункеров шариков и высыпают в бункер, но груз массой 100мг оставляют в чашке. Коромысло весов вновь поднимают вверх при помощи маховичка.

После 30с свободного выпрямления пробу со столиком поднимают на прежнюю высоту. По школе стрелка весов отмечает деформацию пробы после распрямления.

Определив число выпавших шариков и зная вес одного шарика, вычисляют жесткость:

Dи = пр, (3.3)

где п – число шариков,шт; р – вес одного шарика, сН. Результаты измерений заносят в табличную форму. За показатель жесткости и упругости материалов принимают среднеарифметическое значение пр каждому направлению.

2. Показателями механических свойств материалов при изгибе по методу кольца являются: жесткость – нагрузка Ри(сН), необходимая для прогиба согнутой в кольцо пробы на ¹/3 диаметра; упругость – отношение величины распрямления согнутой в кольцо пробы после снятия нагрузки к заданному прогибу при определении жесткости. Упругость характеризует способность материала восстанавливать исходные размеры после деформации.

Упругость Уи(%) вычисляют по формуле:

Уи=100(H0 – H1)/H0, (3.2)

где H0 – прогиб пробы материала на заднюю величину при действии силы Ри, мм; H1 – прогиб пробы материала после действия силы,мм.

Вывод:

Изучили методы и приборы. Освоили принцип работы прибора ПЖУ-12М.

Вопросы для самоподготовки:

8. Что характеризует жесткость и упругость материалов при изгибе?

9. Как определяется жесткость и упругость материалов при изгибе, если используется метод кольца?

10. Каков принцип работы прибора ПЖ–12М?