14 Лабораторная работа № 14 «Определение марки продукции»
Таблица 14.1 – Сравнение данных
Наименование показателя |
ГОСТ |
Фактическое значение |
Масса картона площадью 1м2, г |
|
169,44 |
Толщина, мм |
|
242 |
Абсолютное сопротивление продавливанию, кПа |
|
636 |
Поверхностная впитываемость воды по Коббу верхней стороны, г/м2 |
|
17,12 |
Влажность, % |
|
6,4 |
15 Маркировка сталей и сплавов Вариант 13
Ст 3 – сталь углеродистая, обыкновенного качества, конструкционная, условный номер 3.
ВЧ 50 – высокопрочный чугун ,характеризующийся пределом прочности при растяжении 50*10-1 МПа.
КЧ 70-12 – ковкий чугун, характеризующийся пределом прочности при растяжении 70*10-1МПа и относительным удлинением 12%.
АД 12 – алюминиевый деформируемый(обрабатываемые давлением) с условным номером 12.
Бр А9Мц2Л – бронза, литейная, безоловянная содержащая: 9% алюминия, 2% марганца.
Бр О3С12Л – бронза, литейная, оловянная содержащая: 3% олова, и 12% свинца.
АМц12– сплав для сварных конструкций алюминиево-марганцевый с порядковым номером 12.
Сталь 12Х25Н16ГМ7Р – качественная, легированная, содержащая 0,12% углерода, 25% хрома, 16% никеля, 7% марганца, 1% бора.
Сталь У12А – инструментальная, углеродистая, высококачественная, содержащая 1,2% углерода.
Л70 – обрабатываемая давлением латунь, содержащая 70% меди.
ЗАДАЧА
Рассчитать предел прочности алюминиевого образца на растяжение, если при испытании образца диаметром 10 мм получили нагрузку 650 кгс.
Дано:
d = 10мм
F = 650 кгс
Найти: σ = ?
Решение:
650 кгс=9.81*650=6376,5 Н
σ
=F/
*d2
σ =4*F/ *d2
σ =4*6376,5/3.14*100=81,2 Мпа.
16. Расчет качественных показателей по данным испытания при одноосном статическом растяжении; посторение и обработка кривой зависимости «напряжение – девормация»
16.1 Преобразование диаграмм р-Δl в интегральную зависимость σ-ε. Материал №1
Исходные данные:
1. размер образцов: 15×100 мм;
2. материал: Картон лайнер, масса 150 г/м2, направление испытаний – машинное, АЦБК 2004г.;
3. структурно – размерные показатели образцов представлены в таблице 16.1;
Таблица 16.1 – Структурно размерные характеристики образцов
|
Значение показателя для образца |
||||||
Показатель |
Номер образца |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Среднее |
Средняя толщина, мкм |
Материал 1 |
225 |
224 |
223 |
225 |
224 |
224 |
Материал 2 |
221 |
223 |
223 |
225 |
222 |
223 |
|
Масса, кг |
Материал 1 |
195 |
198 |
201 |
197 |
199 |
198 |
Материал 2 |
202 |
198 |
199 |
197 |
200 |
199 |
|
4. результаты испытания на растяжение представлены в таблице 16.2.
Таблица 16.2 – Текущие значения нагрузки P и удлинения Δl
№ образца |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
1 |
P, H |
0 |
12,84 |
20,6 |
27,91 |
38,64 |
45,92 |
53,73 |
60,43 |
66,4 |
69,99 |
Δl,мм |
0 |
0,25 |
0,4 |
0,55 |
0,8 |
1 |
1,25 |
1,5 |
1,75 |
1,91 |
|
2 |
P, H |
0 |
11,69 |
18,63 |
25,23 |
34,99 |
41,68 |
48,83 |
55 |
60,48 |
64,49 |
Δl,мм |
0 |
0,25 |
0,4 |
0,55 |
0,8 |
1 |
1,25 |
1,5 |
1,75 |
2,23 |
|
3 |
P, H |
0 |
12,25 |
19,58 |
26,48 |
36,57 |
43,45 |
50,82 |
57,22 |
62,22 |
65,34 |
Δl,мм |
0 |
0,25 |
0,4 |
0,55 |
0,8 |
1 |
1,25 |
1,5 |
1,75 |
1,86 |
|
4 |
P, H |
0 |
12,53 |
20,23 |
27,52 |
38,35 |
45,73 |
53,64 |
60,54 |
66,65 |
72,37 |
Δl,мм |
0 |
0,25 |
0,4 |
0,55 |
0,8 |
1 |
1,25 |
1,5 |
1,75 |
2 |
|
5 |
P, H |
0 |
13,4 |
18,84 |
19,17 |
40,37 |
47,95 |
55,99 |
62,93 |
69,12 |
79,55 |
Δl,мм |
0 |
0,25 |
0,4 |
0,55 |
0,8 |
1 |
1,25 |
1,5 |
1,75 |
2,25 |
Для преобразования индикаторной диаграммы P-Δl в интегральную зависимость σ-ε используют следующие уравнения:
;
,
Где Рi - текущая нагрузка, Н;
δср – Средняя толщина образца, м;
b – ширина образца, м;
Δli - текущее удлинение образца, мм;
l0 – длина образца до испытания, мм.
Указанные выше расчеты проводятся для каждой точки по каждому из параллельных определений в серии образцов. Результаты расчета сводятся в таблицу 16.3, по полученным данным строится график – рисунок 16.1.
Таблица 16.3 – Текущие значения напряжения и деформации
Номер образца |
Характеристика |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
1 |
σ, МПа |
0 |
3,8 |
6,1 |
8,3 |
11,5 |
13,7 |
16 |
18 |
20 |
21 |
ε, % |
0 |
0,25 |
0,4 |
0,55 |
0,8 |
1 |
1,25 |
1,5 |
1,75 |
1,91 |
|
2 |
σ, МПа |
0 |
3,5 |
5,6 |
7,6 |
10,4 |
12,4 |
14,5 |
16,4 |
18 |
19,2 |
ε, % |
0 |
0,25 |
0,4 |
0,55 |
0,8 |
1 |
1,25 |
1,5 |
1,75 |
2,23 |
|
3 |
σ, МПа |
0 |
3,6 |
5,8 |
7,9 |
1039 |
12,9 |
15,1 |
17 |
18,7 |
19,4 |
ε, % |
0 |
0,25 |
0,4 |
0,55 |
0,8 |
1 |
1,25 |
1,5 |
1,75 |
1,86 |
|
4 |
σ, МПа |
0 |
3,7 |
6 |
8,2 |
11,4 |
13,6 |
16 |
18 |
19,8 |
21,5 |
ε, % |
0 |
0,25 |
0,4 |
0,55 |
0,8 |
1 |
1,25 |
1,5 |
1,75 |
2 |
|
5 |
σ, МПа |
0 |
4 |
5,6 |
8,7 |
12 |
14,3 |
16,7 |
18,7 |
20,6 |
23,7 |
ε, % |
0 |
0,25 |
0,4 |
0,55 |
0,8 |
1 |
1,25 |
1,5 |
1,75 |
2,25 |
Рисунок 16.1 – Зависимость «напряжение - деформация» для 5 параллельных определений серии образцов
Далее выполняют статистическую обработку полученных результатов:
1. расчет и построение средней кривой зависимости σ-ε;
2. обработка средней кривой и расчет средних значений характеристик деформации и прочности в ключевых точках кривой;
3. расчет статистических показателей, как среднее квадратическое отклонение и коэффициент вариации.
Расчет средней кривой начинается с перевода абсолютных величин текущих значений напряжений и деформаций в относительные.
Величины разрушающего напряжения и деформации принимают за 100%. После чего абсолютные значения текущих характеристик, представленных в таблице 16.3 пересчитывают в относительные по уравнениям:
;
;
где σр, εр – разрушающее напряжение и деформация;
σi, εi – текущее напряжение и деформация;
В результате таких расчетов получают ряд относительных значений для каждого образца представленных в таблице 16.4.
Таблица 16.4 – Относительные величины текущих значений кривой σ-ε
Номер образца |
Характеристика |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
1 |
|
0 |
0,18 |
0,29 |
0,4 |
0,55 |
0,65 |
0,71 |
0,86 |
0,95 |
1 |
|
0 |
0,13 |
0,21 |
0,29 |
0,42 |
0,52 |
0,65 |
0,76 |
0,92 |
1 |
|
2 |
|
0 |
0,18 |
0,29 |
0,4 |
0,54 |
0,65 |
0,76 |
0,85 |
0,94 |
1 |
|
0 |
0,11 |
0,18 |
0,25 |
0,36 |
0,45 |
0,57 |
0,68 |
0,8 |
1 |
|
3 |
|
0 |
0,19 |
0,3 |
0,41 |
0,56 |
0,66 |
0,78 |
0,88 |
0,96 |
1 |
|
0 |
0,13 |
0,22 |
0,3 |
0,43 |
0,54 |
0,67 |
0,81 |
0,94 |
1 |
|
4 |
|
0 |
0,17 |
0,28 |
0,38 |
0,53 |
0,63 |
0,74 |
0,84 |
0,92 |
1 |
|
0 |
0,13 |
0,20 |
0,28 |
0,4 |
0,5 |
0,63 |
0,75 |
0,88 |
1 |
|
5 |
|
0 |
0,17 |
0,24 |
0,37 |
0,51 |
0,66 |
0,77 |
0,86 |
0,87 |
1 |
|
0 |
0,11 |
0,18 |
0,24 |
0,36 |
0,44 |
0,56 |
0,67 |
0,78 |
1 |
Следующий шаг – усреднение относительны текущих значений в каждой точке. Это дает ряд относительных текущих значений, характеризующих среднюю кривую, представленных в таблице 16.5.
Таблица 16.5 – Усредненные относительные величины текущих значений
Характеристика |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
0 |
0,18 |
0,28 |
0,39 |
0,54 |
0,65 |
0,75 |
0,86 |
0,93 |
|
0 |
0,12 |
0,2 |
0,27 |
0,39 |
0,49 |
0,62 |
0,74 |
0,86 |
Разрушающие значения напряжения и деформации усредняют по абсолютным значениям. Таким образом, для исследуемой бумаги имеем:
σср.разр = 20,96 МПа, εср.разр = 2 %.
Далее производят пересчет относительных значений в абсолютные:
;
.
По полученным данным, представленным в таблице 16.6, строят кривую σ-ε, рисунок 16.2.
Таблица 16.6 – Расчетные значения средней кривой
Характеристика |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
0 |
3,73 |
5,85 |
8,16 |
11,27 |
13,64 |
15,77 |
17,97 |
19,47 |
20,96 |
|
0 |
0,25 |
0,39 |
0,54 |
0,79 |
0,98 |
1,23 |
1,48 |
1,72 |
2 |
,
МПа
,
%
Рисунок 16.2 – Средняя кривая
Произведем обработку средней кривой, рисунок 16.3.
Рассчитаем разрывную длину материала L и модуль упругости в зоне упругих деформаций E1:
;
;
=
3409 МПа
Где Р – усреднённая разрушающая нагрузка, Н;
l0 – начальная длина образцов перед испытанием, м;
m – усредненная масса образцов, г.
Произведя расчеты по уравнениям получим:
Таким образом, обработка средней кривой и расчет основных характеристик исследуемого материала дают возможность качественно оценивать поведение материала при растяжении; сравнить его с другими материалами для выбора оптимального.