ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ және ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Ш. ЕСЕНОВ атындағы КАСПИЙ МЕМЛЕКЕТТІК ТЕХНОЛОГИЯЛАР және ИНЖИНИРИНГ УНИВЕРСИТЕТІ

Сүйеуова н.Б., сатаева қ.А.

МАТЕРИАЛДАР КЕДЕРГIСI

Зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдiстемелiк нұсқаулар

Инженерлiк-техникалық, құрылыстық мамандықтарының

күндiзгi бөлiм студенттерiне арналған

Ақтау - 2011

УДК 539.3/8 (075)

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: Сүйеуова Н.Б., Сатаева Қ.А. Материалдар кедергісі. Зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдiстемелiк нұсқаулар. – Ақтау: КМТжИУ, 2011, 40 бет.

РЕЦЕНЗЕНТ: т. ғ. к., доцент Айсаев С.Ұ.

Инженерлiк-техникалық, құрылыс мамандықтарының күндiзгi бөлiм студенттерiне арналған.

Ш. Есенов атындағы Каспий Мемлекеттік технологиялар және инжиниринг Университетінің оқу-әдістемелік кеңесінің шешімімен басылымға шығады.

@ Ш. Есенов атындағы Каспий Мемлекеттік технологиялар және инжиниринг Университеті

Кіріспе

«Материалдар кедергісі» пәнінен зертханалық жұмыстар Қазақстан Республикасының Мемлекеттік жалпы білім беру стандартына сәйкес құрастырылған.

«Материалдар кедергісі» пәнінен зертханалық жұмыстар мемлекеттік талаптардың және типтік оқу бағдарламасының негізінде орындауға арналған. Зертханалық жұмыстардың көлемі мамандыққа арналған оқу жоспары бойынша белгіленеді.

«Материалдар кедергісі» курсы техник - инженер мамандықтары үшін жалпы техникалық пәндердің бірі болып табылады. Бұл курстың негізгі мақсаты - болашақ мамандарға машина бөлшектерін және құрылымдарды жобалау кезіндегі беріктік, қатаңдық және орнықтылық есептеулерін және оның әдістерін үйрету; олардың материалдарын таңдау; машина бөлшектерінің жұмыс жасауы мен олардың бір-бірімен өзара байланысын таныстыру.

Зертханалық жұмыстар мақсаты: денелердің деформациясын, беріктігін, қатаңдығын және орнықтылығын іс жүзінде есептеу; олардың теориялық және тәжірибелік көрсеткіштерін салыстыру; конструкция бөлшектерінің қауіпсіздік және беріктік шарттарын іс жүзінде тексеру.

«Материалдар кедергісі» курсы «Математика», «Физика», «Химия» және «Теориялық механика» (статика бөлімі), «Материалтану» пәндерімен тығыз байланысты. Есептеу тәсілдері «Машина бөлшектері» және басқа салалардағы жобалау есептеулерін оқытатын пәндерде қолданылады.

1-зертханалық жұмыс.

Пластикалық материалдарды созылуға сынау. Созылу диаграммалары.

Жұмыс мақсаты: 1. Үлгінің созылу диаграммасын алу және оны өңдеу.

2. Материалдың созылу кезіндегі механикалық сипаттамаларын анықтау.

3. Созуға жұмсалған серпімділік күшінің жұмысын есептеу.

4. Анықтама кестесін пайдаланып, материалдың түрін анықтау.

Қысқаша теориялық түсінік.

Материалдардың сыртқы күш әсеріне қарсыласу қабілеті мен деформациялануы немесе сыну ерекшеліктері олардың механикалық қасиеттеріне тікелей байланысты. Материалдардың механикалық қасиеттері тәжірибе жүзінде арнайы осы материалдан жасалған үлгілерді сынау арқылы анықталады.Үлгіге әсер етуші сыртқы күштердің түрлеріне, өзгеру жылдамдықтарына байланысты сынау статикалық, динамикалық, циклді сынау деп, ал үлгінің деформациалану ерекшеліктеріне байланысты созуға, сығуға, июге, бұрауға сынау деп т.б. сан алуан түрлерге бөлінеді. Жеке жағдайларда үлгілер ию мен бұрау, бұрау мен сығу сияқты күрделі деформацияларға да сыналады.Сынау нәтижесінде алынатын механикалык сипаттамалар көп факторларға (жұмыс істеу шарттарына, температураға, қоршаған ортаға т.б.) байланысты өзгеріп отырады. Сондықтан, материалдардың механикалық қасиеттерін өзара салыстыру үшін, оларды қатаң түрде бірдей жағдайларда сынайды.

Сыналатын үлгілердің пішіндері мен өлшемдері, оларды сынау шарттары арнайы мемлекеттік стандартта қарастырылып бекітілген.

Созылу диаграммалары. Сан алуан сынау тәсілдерінің ішінде кең тарағаны – материал үлгілерін созуға сынау. Өйткені, созуға сынау нәтижесінде алынатын механикалық шамалар, материалдардың сыртқы күшке қарсыласу қабілетін, деформациялануын немесе сыну-бүліну ерекшеліктерін айтарлықтай толық сипаттайды.

Төмендегі суретте созылу деформациясына сынауға арналған цилиндр пішінді дөңгелек қималы және көлденең қимасы тік төртбұрышты үлгілер көрсетілген ( 1-сурет).

1-сурет.

Стандарт бойынша цилиндр пішінді үлгілердің есептеу ұзындығы l₀ =10d₀, жеке жағдайларда l₀ =5d₀, (1-сурет). Көлденең қималары тік төртбұрышты үлгілердің есептеу ұзындығы l₀ =11,3 ₀, немесе l₀ =5,65 ₀, (1-сурет) мұндағы А₀- үлгінің көлденең қимасының ауданы. Созу деформациясына арналған үлгінің жұмысшы ұзындығы - l_ж есептеу ұзындығынан - l₀ біршама артық болады.

Үлгілер арнайы сынау машиналарында сыналады. Бұл машиналар сыртқы күш пен үлгі деформациясын өлшейтін аспаптармен қамтамасыз етілген. Сынау кезінде аспаптармен жазылып алынған күш пен үлгі деформациясының арасындағы тәуелділік сызығы созылу диаграммасы деп аталады.

Төмендегі 2 -суретте аз көміртекті болаттың созылу диаграммасы көрсетілген.

2-сурет.

Диаграмманың абсцисса осінде үлгінің деформациясы – салыстырмалы созылу шамасы- ε = Δl / l, ал ордината осінде деформацияны тудырушы кернеу - σ = P / А өрнектелген. Осы созылу диаграммасын толық зерттеп,ондағы нүктелерге сәйкес кернеу мен деформация анықталады.

Диаграмманың ОА аралығының жоғарғы А нүктесіне сәйкес келетін кернеу материалдың пропорционалдық шегі деп аталып, келесі формуламен анықталады:

σ_{п ц} = (1)

бұл аралықта кернеу мен деформация өзара тура пропорционалды, яғни олар Гук заңына бағынышты.

Қалдық немесе пластикалық деформация тудырмайтын кернеудің ең үлкен шамасы (В нүктесіне сәйкес) серпімділік шегі деп аталып, келесі формуламен анықталады:

σ_с = (2)

А нүктесімен В нүктесінің арасында материал серпімді деформациаланғанымен, кернеу мен деформацияның арасында тура прополционалдық тәуелділік сақталмайды.

Материалда қалдық деформациясын тудыратын кернеудің ең аз шамасы аққыштық шегі деп аталып, келесі формуламен анықталады:

σ_{а ш} = (3)

Кернеу шамасы аққыштық шегіне тең болғанда материал пластикалық (қалдық) деформацияға ұшырайды (ВС- диаграмманың аққыштық аралығы). Бұл кезде материалдың тоқ өткізгіштігі, температурасы және ішкі құрылысы т. б.физикалық қасиеттері өзгереді. СД- аралығы материалдың қайтадан сыртқы күш әсеріне қарсыласу қабілетіне ие болатын кезі, яғни, беріктенеді.

Диаграмманың ең жоғарғы нүктесіне сәйкес келетін кернеу беріктік шегі деп аталып, ол шама былай табылады:

σ_{б ш} = (4)

Материалдың беріктік шегін уақытша қарсыласу шегі деп атайды.

Үзілу мезетіне сәйкес кернеу шамасын сыну (қирау) шегі деп атайды және былай табылады:

б_{с ш} = (5)

Қайтадан деформациаланған үлгінің пропорционалдық шегі алдыңғы әсер еткен Р шамасына дейін өсіп, беріктік қасиеті артады, ал пластикалық қасиеті кемиді. Бұл құбылыс материалдар кедергісінде беріктену деп аталады. Машина жасау өндірісінде материалдарды беріктендіріп пластикалық қасиетін төмендету үшін, оларды алдын ала деформациялап шынықтыру әдісі кеңінен қолданылады.

Материалдың пластикалық қасиеттері оның қалдық салыстырмалы созылуымен және жіңішкеруімен сипатталады.

Қалдық салыстырмалы созылу:

δ = (6)

мұндағы l₀ , l – үлгінің сынауға дейінгі және сынаудан кейінгі ұзындықтары.

Қалдық салыстырмалы жіңішкеру:

ψ = (7)

мұндағы А₀ , А – үлгінің көлденең қимасының деформацияға дейінгі және үзілгеннен кейінгі ең кіші аудандары.

Пластикалық материалдарға сыну мезетіне сәйкес келетін деформациясы 15-20%-тен кем емес: аз көміртекті болаттар, мыс және алюминий сияқты металдар және олардың әртүрлі қортпаларының жатады. Созу диаграммасындағы аққыштық аралық - (СД) тек пластикалық (созымды) материалдарға тән.

Сыну мезетінде деформация шамасы 2-5%-тен аспайтын жоғары көміртекті болаттар, шойын, тас, бетон, шыны сияқты т.б. материалдар морт сынатын материалдар деп ажыраталады.

1. - (5) формуласымен анықталатын кернеу шамаларын материалдардың беріктік сипаттамалары немесе механикалық сипаттамалары деп атайды. Себебі, осы шамалар берілген материалдың механикалық қасиеттерін білдіреді. Диаграммадан анықталған механикалық, беріктік сипатамаларын материалдар үшін кестедегі сәйкес шамаларымен салыстырады.

Сынақ жұмысының тапсырмасы.

1. Үлгі өлшемдерін өлшеу:

Сынаққа дейін: ұзындығы-l₀=

диаметрі- d=

қима ауданы- A₀=

үлгі көлемі- V=

Сынақтан кейін: ұзындығы-l=

диаметрі- d=

қима ауданы-A=

2. F - l , б- диаграммаларын тұрғызу.

3. Диаграммадан материалдың механикалық сипаттамаларын табу:

б_пц= =

б_аш= =

б_бш= =

б_сш= =

Күш жұмысын есептеу: А= =

Сынаққа қажетті құралдар: болат үлгі, сызғыш, штангенциркуль. Сынақ жұмысы МИ-40КУ машинасында жүргізіледі. Сынақ машинасы материалдардың деформациялану кезінде күш және деформация арасындағы тәуелділігін графикалық түрде көрсету үшін дербес электронды есептеу машинасымен (ПЭВМ) қосыла жұмыс жасайды. Созылу –сығылу кезінде 0,5...60 мм/мин жылдамдықпен сырттан 40 кН күшке дейін әсер етеді. Машина құрамында басқару пулті, күштік құрылғы, ұстағыштар, орнатқыштар және қосқыш кабельдер бар. Басқару пултіндегі белгіленген кнопкалар арқылы деформацияға байланысты траверстерді қозғап отыруға болады.

Жұмыстың орындалу тәртібі:

1. МИ-40КУ сынақ машинасымен, оның жұмыс жасауымен танысу

2. Үлгінің бастапқы өлшемдерін өлшеу және оны сынақ машинасына орнату.

3. Созылу диаграммасын алу және оны б мен координатасында көрсету.

4. Диаграммадан негізгі нүктелерді анықтау және күш жұмысын анықтау.

5. Диаграммадан анықталған механикалық, беріктік сипатамаларын материалдар үшін

кестедегі сәйкес шамаларымен салыстыру.

Бақылау сұрақтары.

1. Материалдардың беріктік сипаттамалары

2. Материалдың созымдылық сипаттамалары

3. Диаграммадағы негізгі нүктелердің анықтамасы.

4. Диаграммадан серпімді және қалдық деформацияларды анықтау.

5. Күш жұмысы мен деформацияның потенциялдық энергиясын анықтау.

Әдебиеттер:

1. Үркімбаев М., Жүнісбеков С. Материалдар кедергісі теорияларының негіздері. -Алматы., 1994,

2. Рақымбекова З.М. Материалдар кедергiсi. – Алматы, 1999,

3. Цурпал И.А., Барабан Н.П., Швайко В.М. Сопротивление материалов. Лабораторные работы. -Киев., 1978.

2-зертханалық жұмыс.