Литература: [1, 2, 3, 4, 8, 9] лабораторная работа № 2

«Испытание конструкции на растяжение»

Цель работы: определить основные механические характеристики прочности и пластичности малоуглеродистой стали при растяжении.

Сведения из теории

В опытах на растяжение применяется разрывная машина Р-5, позволяющая в процессе нагружения регистрировать в любой момент времени усилие F и соответствующую абсолютную продольную деформацию Δℓ образца. Если увеличить силу от «0» до значения, при котором образец разрушится, то по этим данным можно построить диаграмму растяжения. Диаграмма может быть получена и автоматически при помощи диаграммного аппарата испытательной машины. Характер кривой зависит от свойств испытуемого материала. Типичный вид диаграммы для малоуглеродистой стали изображен на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Диаграмма растяжения стального образца

Рассмотрим характерные участки и точки этой диаграммы, а также соответствующие им стадии деформирования образца.

Анализируя диаграмму, можно отметить, что вначале образец деформируется по закону Гука (участок ОА). Деформация образца прямопропорциональна приложенной нагрузке. Предельное значение нагрузки, при котором соблюдается подобная пропорциональность, обозначается F_пц (точка А), а напряжение в образце при этой нагрузке называется пределом пропорциональности и обозначается :

, (2.1)

где А - начальная площадь поперечного сечения образца.

По наклону прямой ОА к оси l можно определить модуль упругости первого рода Е:

tgα=Е

Таким образом, пределом пропорциональности называется напряжение, после которого нарушается закон Гука.

Обозначим через наибольшее значение силы, при котором образец при разгрузке возвращается к первоначальным размерам, то есть не имеет еще остаточной деформации. Этому значению на диаграмме соответствует точка В, а упругой стадии растяжения образца - участок диаграммы ОВ.

Наибольшее напряжение, когда остаточная деформация при разгрузке не обнаруживается, называется пределом упругости. Это напряжение _у вызывается силой :

. (2.2)

С увеличением нагрузки, то есть при , линейная зависимость не выдерживается, график искривляется. Рост деформации особенно при начинает опережать рост нагрузки. При некотором значении нагрузки , образец начинает деформироваться без приращения (площадка текучести - участок СД диаграммы) силы. Это явление носит название текучести, а напряжение в образце при этом называется пределом текучести :

. (2.3)

После стадии текучести материал вновь приобретает способность сопротивляться дальнейшему росту деформации. Этому отвечает восходящий участок ДЕ кривой растяжения, называемый участком упрочнения. Точка Е соответствует наибольшему усилию , которое может воспринимать образец.

Напряжение, соответствующее максимальной силе , называется временным сопротивлением или пределом прочности :

. (2.4)

Разгружение образца на участке ДЕ в любой точке К будет происходить по линии KL. В этом случае отрезок OL будет представлять остаточную деформацию .

Повторное нагружение этого же образца будет происходить по линии LKE. При этом площадки текучести не будет, нагружение будет идти по линии ЛК||ОA. Этот искусственный процесс увеличения предела пропорциональности и исключение явления текучести при неоднократном нагружении образца называют наклепом.

После достижения усилия при дальнейшем растяжении образца деформация происходит, главным образом, на небольшой его длине. Это ведет к образованию местного сужения в виде «шейки» (рисунок 2.2) и к уменьшению силы F.

Обозначив через величину растягивающей силы в момент разрушения, можно определить соответствующее напряжение:

. (2.5)

Однако напряжение весьма условно и не может быть использовано в качестве характеристики механических свойств материала.

F F

Рисунок 2.2 - Схема деформированного образца при растяжении

Кроме полученных величин для материала образца определяется допускаемое напряжение при растяжении, которое для пластичных материалов вычисляется по формуле:

, (2.6)

где - нормативный коэффициент запаса прочности по отношению к пределу текучести, показывающий во сколько раз допускаемое напряжение меньше опасного.

Величина этого коэффициента зависит от многих факторов. На основании данных длительной практики конструирования, расчета и эксплуатации машин и сооружений для деталей общего машиностроения значение этого коэффициента принимается равным =1,42,5.

Наряду с вышеотмеченными прочностными свойствами по изменениям геометрических параметров образца определяются характеристики пластичности. Эти характеристики показывают степень деформируемости данного материала.

При этом различают:

- относительное остаточное удлинение

, (2.7)

- относительное остаточное сужение площади поперечного сечения ψ

. (2.8)

В зависимости от величины удлинения материалы делят на пластичные ( 5%) и хрупкие ( 5%). Относительное остаточное сужение ψ определяется отношением абсолютного уменьшения площади поперечного сечения А₁ в месте разрушения (ΔА=А₁-А) к первоначальной площади А в процентах. Чем больше относительное остаточное сужение после разрушения, тем пластичнее материал.

Таким образом, задача испытания материалов на растяжение состоит в получении с помощью разрывной машины диаграммы растяжения образцов , перестроении их в диаграммы растяжения материалов и в определении с помощью указанных диаграмм механических характеристик прочности и пластичности.