Лабораторная работа №1

1. Теоретическая часть

Материалы в трубопроводах могут подвергаться различным по характеру нагрузкам: работать на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез. или подвергаться совместному действию нескольких видов нагрузки, например растяжению и изгибу. Чтобы предотвратить возникновение пластической деформации, должны быть известны величины напряжений, которые допустимы для материала данной детали. Для этого определяют пределы пропорциональности, упругости, текучести, величины которых устанавливают экспериментальным путем.

При деформировании твердого тела внутри него возникают внутренние силы. Величину сил, приходящуюся на единицу площади поперечного сечения образца, называют напряжением.

Деформация - изменение относительного положения частиц тела, связанное с их перемещением. Деформация представляет собой результат изменения междуатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов.

Коэффициент Пуассона, одна из физических характеристик материала упругого тела, равная отношению абсолютных значений относительной поперечной деформации элемента тела к его относительной продольной деформации.

Модули упругости устанавливаются экспериментально-механическим испытанием образцов изучаемых материалов. Модули упругости не являются строго постоянными величинами для одного и того же материала, их значения меняются в зависимости от химического состава материала, от его предварительной обработки.

Механические свойства материалов - совокупность показателей, характеризующих сопротивление материала воздействующей на него нагрузке, его способность деформироваться при этом, а также особенности его поведения в процессе разрушения.

Пластичность – свойство твердых тел деформироваться под воздействием внешних сил.

Хрупкость - свойство материала разрушаться при небольшой (преимущественно упругой) деформации под действием напряжений, средний уровень которых ниже предела текучести. Образование хрупкой трещины и развитие процесса хрупкого разрушения связано с образованием малых зон пластической деформации. Чем выше концентрация напряжений, тем сильнее проявляется хрупкость материала, и т.д. Поэтому хрупкость следует рассматривать в связи с условиями работы материала

Прочность твёрдых тел, в широком смысле - свойство твёрдых тел сопротивляться разрушению (разделению на части), а также необратимому изменению формы (пластической деформации) под действием внешних нагрузок. В узком смысле — сопротивление разрушению.

Механизм разрушения. Разрушению всегда предшествует большая или меньшая пластическая деформация. Если пластическая деформация велика не только вблизи поверхности разрушения, но и в объёме тела, то разрушение вязкое. Разрушение без заметных следов пластической деформации называется хрупким. При низкой температуре разрушение преимущественно хрупкое, при высокой - вязкое.

Таким образом, работоспособность металла трубопроводов противостоять внешнему силовому нагружению, зависит от характеристик прочности и характеристик пластичности металла труб. Прочность определяет способность металла сопротивляться деформации, то есть изменению геометрии труб и последующему разрушению. Следует помнить, что при пластическом деформировании металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств, в частности при холодном деформировании повышается прочность, но снижается пластичность.

2. Практическая часть

Табл.1 Начальные и конечные параметры образца.

№№ образца	Толщина образца а0, мм	Ширина образца b0, мм	Начальная расчетная длина образца l0, мм	Толщина сечения в месте разрыва aк, мм	Ширина сечения в месте разрыва bк, мм	Конечная расчетная длина образца lк, мм
1	7,35	19,88	70	4,64	13,42	94,2
	7,36	19,86
	7,37	19,87

1. Начальная площадь сечения образца:

мм²;

мм²;

мм²;

За начальную площадь поперечного сечения образца в его рабочей части F₀ принимают наименьшее из полученных значений на основании произведенных измерений с округлением. Таким образом начальная площадь сечения образца, F₀ = 146 мм².

2. Конечная площадь сечения образца:

мм²;

Принимаем конечную площадь образца, F_к = 62,3 мм².

3) Определяем прочностные характеристики материала:

а) временное сопротивление σ_в;

Предел временного сопротивления высчитывается по нагрузке в точке е, соответствующей максимальной приложенной нагрузке к образцу:

б) истинное сопротивление разрыву S_K;

Истинное сопротивление разрыву считается по отношению нагрузки в точке f к площади сечения в месте разрыва:

;

в) работа деформации А;

Неполных прямоугольников – 30, а полных прямоугольников – 81. Площадь одного прямоугольника: F_пр=5000*0,005=25(Па). Работа деформации:

A = 25*(15+81)=2,4(кДж);

4) Определяем пластические характеристики:

д) физический предел текучести σ_т (рис 21);

Напряжение в точке d служит для вычисления физического предела текучести:

е) условный предел пропорциональности σ_пц;

Для вычисления предела пропорциональности проводится прямая ab, иллюстрирующая закон пропорциональности. В точке b закон пропорциональности прекращает свое действие, значит сила Ρ_b, служит для вычисления предела пропорциональности:

з) относительное удлинение после разрыва δ;

и) относительное сужение после разрыва ψ;

Таблица 2. Основные механические характеристики металла образца.

Характеристика механических свойств	Значение характеристики
Характеристики, определяющие прочностные свойства:
а) временное сопротивление σв;	397 МПа
б) истинное сопротивление разрыву SK;	738 МПа
в) работа деформации А;	2,4 кДж
Характеристики, определяющие пластические свойства:
г) условный предел текучести σ0,2;	-
д) физический предел текучести σт;	260 МПа
е) условный предел пропорциональности σпц;	256,8 МПа
з) относительное удлинение после разрыва δ	34,6 %
и) относительное сужение после разрыва ψ	57 %

Вывод: По величине σ_в данный образец относится к сталям углеродистым обыкновенного качества. Данный образец соответствует требованиям, предъявляемым к данному образцу сталей по величине δ и σ_т.