Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Техническая механика. Лабораторный практикум
.pdf
№ 2803
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА
Кафедра инжиниринга технологического оборудования
И . Г. Моро з ов а
М.Г. Наумова
И.И. Басыров
ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
Лабораторный практикум
Рекомендовано редакционно-издательским
советом университета
Москва 2018
УДК 621.81
М80
Рецензент
д-ртехн.наук,проф.С.П. Галкин
Морозова И.Г.
М80 Техническая механика : лаб. практикум / И.Г. Морозова,
М.Г.Наумова,И.И.Басыров.–М.:Изд.ДомНИТУ«МИСиС»,
2018.–50с.
Лабораторныйпрактикумсодержит3лабораторныеработы,посвящённые
исследованию механических свойств и определению механических характеристик материалов, опытной проверке теоретических выводов и законов,
а такжеизучениюстудентамисовременных методов обработкиэкспериментальныхданных.
Лабораторныйпрактикумпредназначендля студентовбакалавриата,обучающихсяпонаправлениям15.03.02«Технологическиемашиныиоборудование»(всепрофили)и22.03.02«Металлургия»(всепрофили).
УДК 621.81
И.Г.Морозова,
М.Г.Наумова,
И.И.Басыров,2018
НИТУ«МИСиС»,2018
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
Общиеуказаниядлястудентовприпроведении
иоформлениилабораторныхработ 5
Правилатехникибезопасностиприпроведении
лабораторныхработ 5
Правилаоформлениялабораторныхработ 5
Лабораторнаяработа1.Изучениедиаграммырастяжения.
Определениемеханическиххарактеристикмалоуглеродистой
стали 8
Лабораторнаяработа2.Испытанияметаллических
материаловнасжатие 24
Лабораторнаяработа3.Испытаниеразличныхматериалов
наударнуювязкость 34
Списокиспользованныхисточников 47
ПриложениеА.Образецтитульноголиста 48
ПриложениеБ.Образецлистадляполучениязадания
навыполнениелабораторнойработы 49
3
Введение
В практикуме содержатся материалы, необходимые для
самостоятельнойтеоретическойподготовкиобучающихсяквыполнению
лабораторныхработ,предусмотренныхсоответствующимипрограммами
покурсу«Техническаямеханика».
Лабораторные работы являются частью курса «Техническая
механика». Учебная программа предусматривает проведение цикла
лабораторных работ, в ходе которых решаются две принципиально
разные проблемы. С одной стороны, проводится экспериментальная
проверка справедливости допущений и гипотез, применяемых в
теоретическихвыкладкахпривыводеокончательныхформул.Сдругой
стороны, расчет конструкций или их отдельных элементов не может
быть произведен без знания важнейших механических характеристик
материала:предельнодопустимыхнапряженийиупругих постоянных
материала, которые определяются опытным путем. Таким образом,
основными задачами лабораторного практикума являются:
исследование механических свойств и определение механических
характеристикматериалов,опытнаяпроверкатеоретическихвыводови
законов,атакжеизучениестудентамисовременныхметодовобработки
экспериментальныхданных.
Предлагаемые темы лабораторных работ из-за ограниченного
объёма учебных часов не претендуют на охват всего многообразия
задачсопротивленияматериалов,авключаютлишьосновныеработы.
Приописаниилабораторныхработприводятся:
- ихцелиисодержание;
- описаниеихарактеристикиприменяемогооборудования;
- методикипрактическоговыполненияработ;
- методикиобработкиопытныхрезультатов.
Для самопроверки при подготовке студентов к защите
выполненных работ в конце каждой лабораторной работы
предлагаетсяпереченьконтрольныхвопросов.
Предполагается, что обучающиеся имеют на руках специальные
журналы лабораторных работ, в которые заносятся опытные и
расчетные результаты. Перед тем как приступить к выполнению
заданной лабораторной работы, студент должен усвоить краткие
теоретическиесведенияпотеме,изучитьпринципработыиустройство
испытательной машины или установки, приборов для измерения
напряжений и деформаций, методику выполнения работы, а также
способыпредставленияобработкиэкспериментальныхданных.
4
Общие указания для студентов
при проведении и оформлении
лабораторных работ
Правила техники безопасности
при проведении лабораторных работ
1 К выполнению лабораторных работ студенты допускаются
после ознакомления с правилами проведения лабораторных работ.
При нарушении этих правил студент удаляется с лабораторного
занятияисчитаетсяегопропустившим.Студентнесетматериальную
ответственность за поломки и повреждения лабораторного
оборудования,возникшиепоеговине.
2 Перед выполнениемлабораторныхработ студентунеобходимо
ознакомитьсясруководствомкним.Кработедопускаютсястуденты,
усвоившиетеоретическийматериал,чтопроверяетсяпреподавателем
передзанятием.
3 Вся лабораторная проработка – замеры, наблюдения,
вычислениявыполняютсякаждымстудентомсамостоятельно.
4 Лабораторная работа считается выполненной при наличии
подписи преподавателя. Отработка пропущенного лабораторного
занятияпроизводитсявспециальноотведенноедляэтоговремяпод
руководствомпреподавателя.
Правила оформления лабораторных работ
Каждую лабораторную работу оформляют отдельно на листах
форматаА4(210×297мм)ссоблюдениемправилЕСКД.
Общийпланоформлениялабораторныхработ:
- указываютцельданнойлабораторнойработы;
- приводят список используемого оборудования, приборов и
измерительныхинструментов;
- излагают кратко общие сведения о свойствах материалов,
подлежащих определению, или приводят теоретические формулы и
положения,подвергаемыеэкспериментальнойпроверке;
- показываютнаиболееважныедляпониманиясущностиработы
рисункиирасчётныесхемы;
- подготавливаютпротоколиспытаний;
5
- проводят под руководством преподавателя испытание
XX
−
δ= ⋅
материала или лабораторной установки и заносят необходимые
данныевпротоколиспытаний;
- выполняютобработкуэкспериментальныхданных;
- проводятнеобходимыетеоретическиерасчёты;
- при решении первой основной задачи определяют
марку стали или сравнивают полученные характеристики со
среднестатистическими данными. При решении второй основной
задачисравниваютмеждусобойопытные и теоретические значения
определяемыхвеличин;
- делаютвыводыпоработе,ориентируясьнапоставленнуюцель.
Вычисление значений физических величин необходимо
выполнять,используяМеждународнуюсистемуединиц(СИ).
Сравнениерезультатовпроизводятследующим образом.Сначала
вычисляютрасхождениедвухзначенийвпроцентахпоформуле
X
( )
оп т
X
100,
оп
гдеXоп–опытное значениевеличиныX;Xт–теоретическоеили
среднестатистическоезначениевеличиныX.
Затем в зависимости от полученного расхождения δ(X) делают
вывод о степени согласования между собой среднестатистических
данных или теории с экспериментом, придерживаясь следующей
градации:
0≤δ(X)≤5%–оченьхорошее;
5%≤δ(X)≤10%–хорошее;
10%≤δ(X)≤30%–удовлетворительное;
30%≤δ(X)≤100%–неудовлетворительное.
Необходимоотметить, чтоуказаннаяградацияусловна и связана
как с неточностью теоретических формул, так и с ошибками
экспериментов. Неточность теоретических выводов обусловлена
введением целого ряда упрощающих гипотез и предположений.
Ошибки экспериментов вызваны влиянием различных факторов,
не учитываемых при проведении опытов: погрешностями
измерительныхприборовидругимипричинами.
В таблице приведены обозначения величин, используемые при
оформлениилабораторныхработ.
6
Таблица–Обозначения,принятыевлабораторныхработах
A Площадьпоперечногосечениябруса
Площадьпоперечногосеченияобразцадоиспытания
A
0
Площадьпоперечногосеченияобразцапослеразрыва(площадьшейки)
A
ш
a,a
ε’,ε Относительнаялинейнаяпоперечная,продольнаядеформации
Удельнаяработаразрываобразца;ударнаявязкость;расстояниеотконца
,a
1
2
брусадозаданногосечения,плечоприложениявнешнейнагрузки
b Ширинапоперечногосечениябруса
Диаметробразцадоиспытания
d
0
Диаметробразцавместеобразованияшейки
d
ш
E Модульпродольнойупругостиматериала
EI Жесткостьсеченияприизгибеотносительноглавнойцентральнойоси
F Внешняясосредоточеннаясила
∆F Абсолютноеприращениевнешнейсилы,ступеньнагружения
H Высотападениягрузаприударе
h Высотапоперечногосеченияобразца,балки,высотаобразца
Коэффициентзапасаустойчивости
K
y
Длинаобразцапослеразрыва
l
1
∆l Абсолютноеудлинениеобразца
Работавнешнихсилприразрывеобразца
W
F
μ КоэффициентПуассона
ρ Плотностьматериала;удельноеомическоесопротивлениепроводника
σ
Пределупругостиматериала
y
σ
Пределпропорциональностиматериала
пц
σ
Пределтекучестиматериала
т
σ
Пределпрочностиматериала
в
7
Лабораторная работа 1
Изучение диаграммы растяжения.
Определение механических характеристик
малоуглеродистой стали
1.1 Цель работы
1 Получитьдиаграммурастяжения.
2 Определитьхарактеристикипрочностиматериала.
3 Определитьхарактеристикипластичностиматериала.
1.2 Необходимое оборудование и приборы
1 РазрывнаямашинассилоизмерительнымустройствомР-10.
2 Штангенциркуль.
3 Образцы(сталь).
1.3 Теоретические основы работы
При определении качества конструкционных материалов,
выпускаемых промышленностью, одним из основных видов
испытанийявляетсяиспытаниенарастяжение.Результатыиспытаний
позволяют судить о прочности материалов при статических
нагрузках,выбиратьматериалдля проектируемойконструкции.Они
являются основными при расчетах на прочность деталей машин и
элементовконструкций.
Механические характеристики материалов зависят от многих
факторов:виданагружения,временивоздействиянагрузки,скорости
нагружения, температуры, радиации и др. Наиболее простыми
являются испытания материалов при комнатной температуре
t=20°Cистатическомнагружении.
Механическиехарактеристикиделятсянатригруппы:
1)характеристикипрочности;
2)характеристикипластичности;
3)характеристикивязкости.
Характеристикамипрочностиизмеряютсиловуюреакциютвёрдых
тел на воздействие внешних нагрузок. Эта реакция непостоянна
в процессе нагружения и в ней явно прослеживаются несколько
характерных зон (см. диаграмму нагружения). К характеристикам
8
прочностиотносятся: предел пропорциональности, предел упругости,
0
F
0
,
F
A
σ=
е
е
0
F
0
.
F
пределтекучести,пределпрочности,разрушающеенапряжение.Дадим
определениеэтихпонятийвпорядкевозрастаниязначенийихвеличин.
Предел пропорциональности –этонаибольшийуровеньусловного
напряжения,при которомненаблюдаетсясущественногонарушения
закона Гука (каково удлинение, такова сила). Это напряжение
определяютпоформуле
pr
σ=
pr
,
A
гдеFpr–нагрузка,соответствующаяпределупропорциональности;
A0–первоначальнаяплощадьпоперечногосеченияобразца.
Предел упругости – это наибольший уровень условного
напряжения, при котором материал проявляет упругие свойства,
заключающиеся в том, что образец практически полностью
восстанавливаетсвоипервоначальныеразмерыпослеснятиявнешней
нагрузки.Егоопределяютпоформуле
гдеFе–нагрузка,соответствующаяпределуупругости.
Предел текучести – это наименьший уровень условного
напряжения, при котором наблюдается значительный рост
деформаций образца при постоянной (или слегка уменьшающейся)
нагрузке.Этотпределопределяютпоформуле
у
σ=
,
у
A
гдеFу–нагрузка,соответствующаяпределутекучести.
Если в поведении материала не прослеживается площадка
текучести(см.диаграммунагружения)и стрелка силоизмерителяне
останавливается на некоторыйпромежутоквремени, то определяют
условный предел текучести, соответствующий относительной
деформацииобразцаε =0,002или0,2%:
0,2
0,2
A
9
σ=
Предел прочности,чащеназываемыйвременным сопротивлением,–
0
,
F
A
σ=
u
u
0
F
1
F
;.
ff
σ σσ<>σ
c tr
r ur u
10
0
100;
ll
l
−
δ= ⋅
01
0
100.
AA
A
−
ψ= ⋅
это условное напряжение, соответствующее наибольшему уровню
нагрузки, воспринимаемому образцом. Находят эту величину по
формуле
гдеFu–наибольшаянагрузканаобразец.
Разрушающее напряжение – это напряжение, при котором
происходит разрыв образца. Этот предел не имеет особого
практическогозначенияииспользуетсятолькоприизучениипроцесса
образованиятрещин.Разрушающиенапряженияделятсянаусловные
иистинные:
f
c
σ=
f
r
r
–условное;
A
σ=
f
tr
f
r
r
–истинное,
A
где F
– разрушающая нагрузка; A1 – площадь поперечного
fr
сеченияобразцавместеразрыва.
Так как первоначальная площадь A0 приблизительно в два
раза превышает площадь разрыва A1, а разрушающая нагрузка Ffr
составляетприблизительно80%отнаибольшейнагрузки Fu,то
Характеристиками пластичности измеряют деформативную
реакциютвёрдыхтел,т.е.ихспособностьизменятьсвоиразмерыпод
воздействием нагрузок. Пластичность материала характеризуют две
величины:
- относительноеостаточноеудлинениеобразца(впроцентах)
- относительное остаточное сужение поперечного сечения (в
процентах)
Вэтихформулахl0,A0–длинарасчётнойчастииплощадьсечения
донагружения;l1,A1–тожепослеразрываобразца.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]