
- •Лабораторная работа № 1.
- •1.1 Определение механических характеристик стали при растяжении
- •Механические характеристики сталей
- •1.2.Определение модуля упругости малоуглеродистой стали при растяжении
- •Лабораторная работа № 2.
- •2.1. Определение основных механических характеристик дерева и чугуна при сжатии
- •Данные испытания материалов на сжатие
- •2.2. Испытание на срез стального образца
- •Лабораторная работа № 3.
- •3.1. Испытание на кручение стального и чугунного образцов
- •3.2. Жесткость пружины
- •3.3. Косой изгиб
- •Лабораторная работа № 4
- •4.1. Определение прогибов и углов поворота сечений балки на шарнирных опорах
- •4.2. Определение момента защемления в статически неопределимой балке.
- •4.3. Потеря устойчивости цилиндрической оболочки с образованием кольцевой складки при осевом сжатии.
- •4.4. Опытное изучение резонанса вала
Лабораторная работа № 3.
3.1. Испытание на кручение стального и чугунного образцов
Цель работы: изучить процесс разрушения стали и чугуна при кручении и определить их механические характеристики.
Оборудование и инструменты: испытательная машина КМ-50; образец стали и чугуна - 2 шт; штангенциркуль.
Теоретические предпосылки. Кручение осуществляется двумя равными и противоположно направленными крутящими моментами, которые прикладываются к концам образца в плоскостях, нормальных к его продольной оси.
Максимальные касательные напряжения при кручении действуют в плоскостях, перпендикулярных к оси образца, нормальные - под углом 45º. К ней. После разрушения от среза стали и отрыва чугуна получаются характерные формы излома (рис.3.1), по которым можно однозначно определить характер разрушения. Это объясняется тем, что чугун слабо сопротивляется растяжению, и разрушение материала происходит по винтовой поверхности, наклоненной под углом 45о к образующей (рис. 3.1, б). Разрушение стали при кручении происходит от среза по поперечному сечению (рис.3.1, а).
а) б)
Рис 3.1
В области упругой деформации касательные напряжения для цилиндрического образца определяют по формуле:
.
Формула
дает хорошие результаты по упругой
деформации и не пригодна
при
пластическом течении материала. Предел
прочности после больших
пластических
деформаций определяется по формуле,
учитывающей поправку на
пластическую
деформацию:
.
Деформация
при кручении определяется углом
закручивания, который в пределах упругих
деформаций связан с нагрузкой, т.е. с
крутящим моментом,
линейной
зависимостью
,
где Мкр - крутящий момент; l- длина вала; G - модуль упругости материала при сдвиге (модуль упругости второго рода); JP - полярный момент инерции площади поперечного сечения вала, d - диаметр вала,
.
Указанная пропорциональность между нагрузкой и деформацией наблюдается в начальной стадии кручения образца, затем, так же как при растяжении или сжатии, пропорциональность нарушается и наступает быстрое увеличение утла закручивания при незначительном увеличении крутящего момента.
На рис. 3.2.а показана диаграмма кручения для малоуглеродистой стали, а на рис. 3.2.б - диаграмма для чугунного образца приблизительно тех же размеров (чугун не подчиняется закону пропорциональности).
Модуль G связан с модулем упругости первого рода Е следующим соотношением G = E/2(1+μ) , где μ - коэффициент Пуассона.
а) б)
Рис.3.2
Порядок проведения работы.
1. Сделать эскиз образца с указанием размеров его рабочей части.
2. Вычислить полярный момент сопротивления поперечного сечения образца:
3. Произвести наблюдения за процессом испытания стального и чугунного образцов, записать крутящие моменты и утлы закручивания, соответствующие моменту разрушения образцов.
4. Вычислить пределы прочности при кручении:
для
стали
,
для
чугуна
.
5. Сделать зарисовку частей испытанных образцов с указанием характерных особенностей разрушения.
Содержание отчета.
1. Название и цель работы.
2. Теоретические предпосылки ( по желанию).
3. Эскиз образца до испытания и зарисовки частей испытанных образцов.
4. Таблицу опытных данных, расчеты момента сопротивления и пределов прочности.
5. Пояснение характера разрушения стали и чугуна.
6. Выводы по работе.
Материал образца |
d, мм |
Wp3, м3 |
МB , Кг·м |
φB , град |
τв , МПа |
Характер разрушения |
Сталь |
|
|
|
|
|
|
Чугун |
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы:
1. Какие напряжения возникают в сечениях, расположенных перпендикулярно к оси образца и наклонных под углом 45º?
2. Как по характеру разрушения образца определить, какой вид напряжений наиболее опасен для данного материала?
3. Как определяется и от чего зависит деформация при кручении?
4. Что характеризует произведение GJP ?