ВВЕДЕНИЕ

Сопротивление материалов является общеинженерной дисциплиной, в которой изучаются методы расчетов на прочность, жесткость и устойчивость элементов строительных конструкций и деталей машин. Эти расчеты базируются на опытных данных о свойствах материалов и конструкций. Расчетные формулы, получаемые теоретически на основе целого ряда гипотез и допущений, носят приближенный характер, и только экспериментальным путем можно подтвердить обоснованность применения того или иного метода расчета. Поэтому при изучении курса большое место отводится лабораторным работам.

В данном лабораторном практикуме приводятся описания указа-

ний к лабораторным работам по курсу "Сопротивление материалов", а также дисциплинам "Сопротивление строительных материалов", "Механика материалов и конструкций", "Теоретические основы расчета строительных конструкций", проводимых в Сибирском государственном автомобильно-дорожном университете.

К каждому лабораторному занятию обучающийсяИдолжен заранее подготовиться. Для этого, пользуясь настоящим лабораторным прак-

тикумом, нужно уяснить цель предстоящейДработы, познакомиться с теоретическими сведениями, разобраться в порядке проведения экс-

3

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Вниманию обучающихся! При проведении работ в лаборатории кафедры необходимо строго соблюдать правила и требования техники безопасности.

В лаборатории установлено электромеханическое оборудование для испытания материалов под нагрузкой. Поскольку используемые в современном машиностроении материалы обладают большой жесткостью и прочностью, испытательное оборудование развивает значительные рабочие усилия – до десятков тонн сил. При этом оборудование питается по силовым линиям напряжением 220 и 380 В.

Для исключения травматизма при проведении лабораторных работ все студенты должны строго выполнять правила техники безопасности (ПТБ). Допуск к проведению лабораторных работ разрешен после проведения инструктажа по ПТБ преподавателем или сотрудником кафедры (заведующим лабораторией, учебным мастером) и подписи студента в журнале инструктажа по ПТБ.

- убедиться в отсутствии посторонних предметов в рабочей зоне машины; - установить (если имеются) защитные кожухи.

Перед проведением основных замеров нужно нагрузить машину малой силой, проверить надежность всех креплений.

Нагружение образца следует проводить постепенно, плавно. При появлении признаков неисправности машины или разрушения образца (если это не предусмотрено порядком выполнения лабораторной работой) необходимо прекратить нагружение, разгрузить и отключить машину, сообщить преподавателю (заведующему лабораторией, учебному мастеру).

По окончании проведения замеров и записи результатов следует плавно разгрузить и отключить машину.

4

ЗАПРЕЩЕНО:

-запускать машину без преподавателя или завлабораторией (учебного мастера);

-пользоваться машиной с признаками неисправности;

-пытаться самостоятельно устранить неисправности;

-нарушать последовательность проведения лабораторной работы;

-устанавливать в машину испытуемые образцы или разновесы не из штатного комплекта машины;

-устанавливать образцы и разновесы ненадежно, небрежно;

-увеличивать нагрузку выше предельного значения;

-изменять величину нагрузки в момент проведения замеров;

-находиться в зонах перемещения движущихся частей машины (траверсы, маятника и т. п.) либо помещать туда посторонние предметы;

-оставлять без присмотра работающие машиныИ.

2.Правила безопасной эксплуатацииДэлектроустановок,При работе следует нагружатьАэлектроустановку постепенно,

подключать новые потребители электроэнергии по очереди, контролируя величину допустимогоитока в цепи.

В случае срабатыван я защитных устройств (предохранителей, автоматов) либоСпрекращен я подачи тока в сети по иной причине

немедленно выключ ть все электроприборы, сообщить преподавателю (заведующему лабораторией, учебному мастеру).

ЗАПРЕЩЕНО:

- самостоятельно производить монтаж, демонтаж, устранение неисправностей электросетей и электрических частей испытательных машин; - пользоваться неисправной электропроводкой, арматурой и аппаратурой;

- превышать паспортную мощность электроустановки; - пользоваться лампами, мощность которых превышает номинальную для данного типа светильника;

- пользоваться лампами, мощность которых выше 200 Вт.

5

3. Правила пожарной безопасности

Помещение следует содержать в чистоте. Необходимо регулярно очищать мусорные корзины.

По окончании занятий следует отключить работающее оборудование, освещение.

В случае загорания электропроводов или электроприборов необходимо немедленно их обесточить, сообщить преподавателю (завлабораторией, учебному мастеру) и действовать по его указаниям.

ЗАПРЕЩЕНО:

-вешать что-либо на розетки, выключатели и провода;

-заклеивать провода бумагой, заваливать предметами (особенно легковоспламеняющимися), пережимать;

-использовать абажуры из сгораемых материаловИ;

-пользоваться электронагревательными приборами;

-пользоваться открытым огнем, проводитьДработы с применением открытого огня;

-хранить и пользоваться легковоспламеняющимися жидкостями;

-захламлять помещение; А

-загромождать основные и запасные выходы из помещения, пути эвакуации и пожарные гидрантыб.раторией (учебномуимастеру)!

С

6

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали

Цель работы: изучить поведение материала при растяжении вплоть до разрушения, определить механические характеристики, характеристики пластичности, определить марку стали.

Оборудование: испытательная машина ГРМ-1 или ЛКСМ-1К.

Краткие теоретические сведения.

Испытания на растяжение являются одними из наиболее простых и распространенных. С помощью лабораторных исследований удается

изучить поведение материалов и получить их механические характеристики, необходимые для расчетов конструкций.

В соответствии с ГОСТ 1497–84 [1]ДприИиспытаниях стали на растяжение применяют специальные образцы (рис. 1). Размеры образцов зависят от возможности их изготовления, а также от мощности и кон-

Испытания проводят в соответствии с ГОСТами, регламентирующими формы и размеры образцов, режимы нагружения, перечень

определяемых характеристик и т.п.

струкции испытательной машины. На концах образцов имеются го-

ные образцы) или l=5d (бпят кратные). У образцов прямоугольного

ловки для крепления в захватах машины. Средняя часть, как правило,

сечения (рис. 1,б) дл на рабочей части принимается l =11,3bh , у десятикратных образцов и у пятикратных l =5,65bh .

б

Рис.1. Образцы для испытания на растяжения:

а – круглый; б – прямоугольный; в – образование шейки

7

По мере роста растягивающей силы длина образца увеличивается, поперечные размеры уменьшаются. Испытательные машины обычно снабжены прибором для автоматической записи зависимости

удлинения ∆l от усилия F. Познакомимся с диаграммами растяжения некоторых материалов.

Наиболее характерной и удобной для первого знакомства является диаграмма, получаемая при испытании малоуглеродистой стали (рис. 3,а). На изображенной кривой условно можно выделить пять участков.

а б

Рис. 3. Диаграмма: а – растяженияДобразца; б – условных напряжений при растяжении

Участок Оа практически прямой. Удлинение образца растет про-

нарушается, но при снятии нагрузки на данном участке все деформации также полностью исчезают. На практике затруднительно определить границы данного участка.

Третий участок (bc) свидетельствует о том, что образец удлиняется без заметного изменения силы. Горизонтальный отрезок диаграммы называется площадкой текучести. Данный участок характерен для пластичных материалов, а у хрупких – он отсутствует. При снятии нагрузки на данном участке часть деформаций сохраняется. Данные деформации называются пластическими.

За площадкой текучести следует участок упрочнения (cd). Удлинение образца вновь сопровождается ростом нагрузки, но более медленным, чем в начале нагружения.

9

В стадии упрочнения постепенно намечается место разрыва – образуется местное сужение, называемое шейкой (рис. 1,в). По мере о б- разования шейки рост силы замедляется, а затем удлинение образца происходит при уменьшении силы (участок de на рис. 3,а), после чего происходит разрыв образца (рис. 4, б).

а

б

Рис. 4. Образец для испытанияДнаИрастяжение: а – до испытания; б – после разрыва

от размеров образца. Чтобы получитьАхарактеристики материала, а не образца, диаграмму иперестраивают в осях σ-ε, где σ – напряжения в

Диаграмма растяжения, построенная в координатах F-∆l, зависит

поперечном сечен ; ε – относительная деформация при удлинении (рис. 3,б). ПриСэтом предполагают, что напряжения по сечению рас-

пределены равномерно, т.е. σ = F/A (А – первоначальная площадь поперечного сечения); относительное удлинение также равномерно по

длине рабочей части: ε = ∆l / l. Построенная в координатах σ-ε диаграмма носит название диаграммы условных напряжений при растяжении.

Условность напряжений объясняется тем, что силу делят на первоначальную площадь. Если силу делить на действительную площадь, то отношение даст истинные напряжения.

Диаграммы условных и истинных напряжений на участке Oabcd практически совпадают. Отличие становится существенным в процессе формирования шейки. Истинные напряжения быстро растут (кри-

вая d-e1 на рис. 3,б).

При испытании на растяжение определяют три группы механических характеристик материала.

10

Первая группа. Ординаты точек a, b и d на диаграмме условных напряжений отражают способность материала сопротивляться нагрузке и поэтому называются характеристиками прочности. Их определения:

σpr – предел пропорциональности: до него напряжения и деформации пропорциональны, т.е. подчиняются закону Гука;

σyt – предел текучести – напряжение, при котором деформации растут без изменения нагрузки (для сталей именно этот показатель используется для дальнейших прочностных расчетов);

σu – предел прочности – условное напряжение, соответствующее наибольшей растягивающей силе (предел прочности также называют временным сопротивлением).

Вторая группа механических характеристик – характеристики

Третья группа механ ческих характеристик – характеристики упругости. Основной характеристикой является модуль упругости, определяемый из закона Гука

Алгоритм выполнения работы

1.Штангенциркулем измеряют первоначальную длину l0 и диаметр d0 образца с точностью до 0,1 мм.

2.Вычисляют начальную площадь поперечного сечения А0.

3.Образец устанавливают в ГРМ-1 (ЛКСМ-1К) и производят нагружение со скоростью 0,5 мм/сек до разрыва образца.

4.Со шкалы снимают показания максимальной нагрузки Fu и наносят ее на диаграмму растяжения образца, который строится самописцем ГРМ-1 (ЛКСМ-1К).

11