Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Техническая механика. Лабораторный практикум
.pdf
Характеристикой вязкости измеряют способность твёрдых тел
0
100,
W
wV= ⋅
lF
20
dF
1
1, 5dF=
dF
сопротивляться импульсному и ударному воздействию нагрузок.
Количественнымпоказателемэтойхарактеристикиявляетсяудельная
работавнешнихсил,затрачиваемаянадеформированиеиразрушение
единицыобъёмаматериала:
где W – работа, совершаемая машиной на растяжение образца
вплотьдоегоразрыва;V0=A0·l0–объёмрасчётнойчастиобразца.
Для испытания на растяжение используются специально
изготовленные образцы, которые вытачиваются из прутка или
вырезаютсяизлиста.Основнойособенностьюэтихобразцовявляется
наличие длинной, сравнительно тонкойрабочей части и усиленных
мест(головок)поконцамдлязахвата.
Проводятся испытания цилиндрического образца, форма и
размерыкоторогоприведенынарисунке1.1.
Для замера деформаций на расчетной части образца отмечают
отрезок, называемый расчетной длиной. Чаще всего применяются
цилиндрические образцы, у которых расчетная длина равна десяти
диаметрам (длинные образцы) и образцы с расчетной длиной, равной
пяти диаметрам (короткие образцы). Чтобы результаты испытаний
образцовпрямоугольногоикруглогосеченийбылисопоставимы,вслучае
прямоугольного сечения в качестве характеристики, определяющей
расчетнуюдлину,принимаетсядиаметрравновеликогокруга.
l0=10d –расчетнаядлинаобразца;112,5
головкиобразца;L–полнаядлинаобразца;
расчетнойирабочейдлины;
= –рабочаядлинаобразца;
10 / 2l Fl= − –длинаконусообразнойчастиобразца;l3=d–длина
1,13
= –диаметрсечения
–диаметроснованияконуса
2
(уголовки);
= –диаметрголовкиобразца
2
Рисунок1.1–Цилиндрическийобразец
11
На рисунке 1.2 показан эскиз пропорционального
dldt∆
=
const
dF
dt
=
var
цилиндрическогообразцадонагруженияипослеегоразрыва.
Для получения сравнимых результатов испытаний образцы с
цилиндрической или прямоугольной формой поперечного сечения
рабочейчастиизготавливаютсяпоГОСТ1497–84.
а–донагружения;б–послеразрыва
Рисунок1.2–Образецдляиспытаниянарастяжение
Диаграммой растяжения называется график, показывающий
функциональную зависимость между нагрузкойи деформацией при
статическом растяжении образца до его разрыва. Эта диаграмма
вычерчивается автоматически на разрывной машине специальным
приспособлением.Внашей лабораториидляэтойцелииспользуется
разрывнаямашинаР-10.
На рисунке 1.3 показан примерный вид параметрической
диаграммы растяжения малоуглеродистой стали в координатах
абсолютное удлинение Δl(t) – нагрузка F(t). В качестве параметра
здесьвыступаетвремянагружения,котороедля простотыобычноне
показывают.
Так как испытание проводят на гидравлической машине, в
которой деформация является первичной
вторичной
абсолютноеудлинениеΔl, а осью ординат (функцией) – нагрузка F,
т.е. фактически имеем зависимость F=f(∆l), интерпретированную
Гуком, проводившим опыты в упруго-пропорциональной зоне
нагружения:«каковоудлинение,таковасила».Однаковсовременной
, а нагрузка
, то осью абсцисс (аргументом) является
12
трактовке с учётом того что в реальных условиях эксплуатации
машинисооруженийпервичнойявляетсянагрузка,функциональную
зависимость обращают, полагая, что Δl = f(F) и обсуждают, как
изменяется деформацияобразца в зависимости от нагрузки (какова
сила,таковоудлинение).
Рисунок1.3–Диаграммарастяженияобразца
На диаграмме растяжения OABCDEG показаны 7 характерных
точек, соответствующих определённому уровню нагрузки и
ограничивающих6различныхзондеформирования:
OA–зонапропорциональности(линейнойупругости);
AB–зонанелинейнойупругости;
BC–зонаупругопластическихдеформаций;
CD–зонатекучести(пластическихдеформаций);
DE–зонаупрочнения;
EG–зоназакритическихдеформаций.
На участке OA смещение атомов монокристаллов
пропорционально приложеннойнагрузке.Дефектыкристаллической
решёткипрактическинепроявляются.
На участке OB материал ведёт себя упруго. Поведение
кристаллическойрешёткинаучасткеABхарактеризуетсянебольшой
нелинейностью.Нужнозаметить,чтонаучасткепропорциональности
OA материалведётсебяодновременноикакабсолютноупругий(т.B
всегдавышет.A).
На участке BC наблюдается нарастающая нелинейность в
деформировании кристаллической решётки. Для выхода новых
дислокаций (нарушений строения кристаллов) на поверхность
13
монокристаллов требуется всё меньшее приращение внешней
нагрузкиΔF.
На участке CD, называемом площадкой текучести, происходит
лавинообразный выходдислокаций на поверхность, что приводит к
значительному удлинению образца при почти постоянном уровне
нагрузки,когдаΔF ≅ 0.
На участке DE после выхода на поверхность большей части
дефектов кристаллической решётки материал самоупрочняется, и
образец всё ещё способен воспринимать некоторое приращение
нагрузки. Однако расстояние между атомами постепенно достигает
критического значения (приблизительно в два раза больше
первоначального), за которым происходит «разрыв» внутренних
связей. При подходе к т.E деформации начинают локализоваться в
областинаиболееслабогосечения,гдезарождаетсяшейкаобразца.
На участке EG заканчивается формирование шейки. Происходит
лавинообразное разрушение связей, когда процесс деформирования
уженеобратимивременноеравновесиемежду внутренними силами
и внешней нагрузкойвозможно толькопри уменьшении последней.
В т.G происходитразрыв образца. Его размеры восстанавливаются
на величину упругой деформации, которая на 2-3 порядка меньше
остаточных пластических деформаций. У многих материалов
разрушениепроисходитбеззаметногообразованияшейки.
На рисунке 1.4 показана принципиальная схема универсальной
гидравлической машины Р-10. На ней можно проводить испытания
образцов при растяжении, сжатии и изгибе. Максимальное усилие,
развиваемоемашиной,составляет10тс,или100кН.
Испытательная разрывная машина Р-10 состоит из нескольких
механизмов: двигательного, передаточного, исполнительного,
регистрирующего,управляющего.Каждыйизмеханизмовскомпонован
из нескольких узлов, в которые входят подвижные и неподвижные
детали,называемыезвеньями.Рассмотримкраткосоставмеханизмови
ихфункциональноепредназначение.
I. Двигательный механизм. Он состоит из основного
электродвигателя 1, предназначенногодляработымасляногонасоса
2, и вспомогательного электродвигателя, приводящего в движение
червячно-винтовоймеханизм7.
II.Передаточный механизм.Сюдавходитсистема трубопроводов
3, соединяющих масляный насос 2 с цилиндром 10, в котором
перемещаетсяплунжер12,передающий давлениенапоперечину13,
связаннуюсверхнимзахватом8а.
14
1–электродвигатель;2–масляныйнасос;3–трубопровод;
4–регулятордавления;5–колонны;6–станина;7–червячно-винто-
воймеханизм;8а–верхнийзахват;8б–нижнийзахват;9–образец;
10–рабочийцилиндр;11–верхняятраверса;12–плунжер;
13–поперечина;14–вторичныйрычаг;15–зубчатаярейка;
16–шкала;17–стрелка;18–первичныйрычаг;19–трос;
20–переключатель;21–перо;22–барабан;23–передача;
24–плунжерсилоизмерительногоустройства;25–торсион
Рисунок1.4–Принципиальнаясхемаразрывной
машиныР-10
III. Исполнительный механизм. Он состоит из верхнего 8а
и нижнего 8б захватов, позволяющих приложить к образцу 9
растягивающее усилие. Для замыкания силовой цепи нижний
захват 8б соединён червячно-винтовым механизмом 7 со станиной
15
6,связаннойколоннами5 с верхнейтраверсой11, в которуюжёстко
вмонтированрабочийцилиндр10.
IV.Регистрирующий механизм.Онпредназначендлявизуального
снятия приложенного в данный момент времени усилия на образец
и фиксирования всего процесса нагружения. Силоизмерительное
устройствосостоитизтрёхцилиндровсплунжерами24,передающих
давление на рычаги 18, 14, жёстко соединённые с торсионом 25.
Рычаг14двигает зубчатуюрейку15, котораявращаетстрелку17по
шкале 16. Процесс нагружения образца непрерывно фиксируется
с помощью диаграммного аппарата, состоящего из барабана 22
с закреплённой бумагой и пера 21. Угловая скорость вращения
барабана и, следовательно, перемещение пера по окружности
пропорциональны удлинению образца. Перемещение пера вдоль
образующейбарабанапропорциональноразвиваемомуусилию.
V. Управляющий механизм. Сюда входит электрическая схема
(на рис. 1.4 не показана) с кнопками включения основного и
вспомогательного двигателей, штурвал управления регулятором
давлениямасла4 вгидравлическойсистемеипереключательшкалы
16силоизмерительногоустройства.
1.4 Выполнение эксперимента и обработка результатов
испытаний
Испытание образца на растяжение проводят в следующем
порядке:
1) измеряют штангенциркулем диаметр d
местах подлинеизаписываютегонаименьшее значениевпротокол
испытания;
2) намечаютна поверхности образца начало и конецрасчётной
длиныl
=10d0изаписываютеёзначениевпротоколиспытания;
0
3) устанавливаютобразецвзахватыиспытательноймашиныР-10,
создаютнезначительноенатяжениепутёмопусканиянижнегозахватаи
настраиваютсилоизмерительноеустройствонанулевуюнагрузку;
4) закрепляют бумагу на барабан диаграммного устройства и
опускаютнанеёперо;
5) включают основной электродвигатель и регулируют
первоначальную скорость нагружения приблизительно 20 кгс/с,
наблюдаязадвижениемстрелки;
6) фиксируют показание стрелки силоизмерителя во время её
остановкиизаписываютвпротоколиспытаниязначениенагрузкиF
соответствующейпределутекучести;
16
образца в 3–5
0
у
,
7) фиксируют наибольшее отклонение стрелки и записывают в
;
h
FF
1, 02 ;FF≅
01
44
AA
протоколиспытаниязначениенагрузки F
, соответствующейпределу
u
прочности;
8) фиксируют показание стрелки в момент разрыва образца
и записывают в протокол испытания значение нагрузки F
соответствующейразрушающемунапряжению;
9) вынимают части образца из захватов машины и, плотно
приложивих другкдругу,измеряютнаименьший диаметр d
образцаирасчётнуюдлинуl
изаписываютих значениявпротокол
1
шейки
1
испытания;
10) снимают бумагу с диаграммного аппарата и проводят
координатныеосиΔlиF;
11) измеряют ординаты диаграммы h
нагрузкамF
иFu;
pr
и hu, соответствующие
pr
12) вычисляют приблизительное значение нагрузки F
соответствующейпределупропорциональности:
pr
≅
pr u
h
u
13) находят приблизительное значение нагрузки Fе,
соответствующейпределуупругости:
,
fr
,
pr
14) вычисляютплощадисечениядоиспытанияипослеразрыва:
15) вычисляютвсехарактеристикипрочности:
- пределпропорциональностиσpr;
- пределупругостиσe;
- пределтекучестиσу;
- пределпрочностиσu;
- разрушающеенапряжениеусловное
- разрушающеенапряжениеистинное
- определяютхарактеристикипластичности:
- относительноеостаточноеудлинениеδ;
- относительноеостаточноесужениеψ;
e pr
2
d
π
0
; ;
= =
17
2
d
π
1
c
σ
;
f
r
tr
σ
;
f
r
17) находят полную работу деформации, численно равную
( )
( )
00
;
W
wAl=
площадидиаграммырастяжения:
10
2 / 3;W ll F F=−+
yu
18) вычисляютхарактеристикувязкости:
- удельнаяработадеформации
19) устанавливают марку стали, используя справочные данные
(таблица1.1)и,всоответствиисэтимрешают,вкакихконструкциях
материалможетнайтиприменение.Привыборемаркипринимаютту
строку, которая наиболее точно подходитпо трём характеристикам:
пределутекучести,пределупрочностииотносительномуудлинению
(относительномусужению);
20) делают выводвформе,соответствующейпоставленнойцели
лабораторнойработы.
Таблица1.1–Справочныеданныеомаркахсталей
Временное
Материал
Ст2кп 330...420 200…220 30…33
Ст2пс(сп) 340…440 210…230 29…32
Ст3кп 370…470 220…240 24…27
Ст3пс(сп) 380…490 230…250 23…26
Ст4кп 410…520 240…260 22…25
Ст4пс(сп) 420…540 250…270 21…24
Ст5пс(сп) 500…640 270…290 17…20 170…220 220…300 130…180
Ст6пс(сп) 600 300…320 12…15 190…250 250…340 150…200
10 340…420 210 31 120…150 160…220 80…120
20 420…500 250 25 120…160 170…220 100…130
30 500…600 300 21 170…210 200…270 110…140
40 580…700 340 19 180…240 230…320 140…190
45 610…750 360 16 190…250 250…340 150…200
50 640…800 380 14 200…260 270…350 160…210
60 690…900 410 12 220…280 310…380 180…220
сопротивление
(пределпроч-
ности)σ
,МПа
в
Углеродистые стали обыкновенного качества
Углеродистые качественные стали (нормализованные)
Предел
текучести
σ
,МПа
т
Относи-
тельное
удлине-
ниеδ,%
Пределвыносливости,МПа
σ
–1p
120…160 170…220 80…130
120…160 170…220 100…130
– 190…250 –
σ
–1u
τ
–1k
18
Окончаниетабл.1.1
Материал
Временное
сопротивление
(пределпроч-
ности)σв,МПа
Предел
текучести
σт,МПа
Легированные стали
20Х 720…850 400…650 12 – 310…380 170…230
40Х 730…1050 650…900 15,5 240…340 320…480 210…260
45Х 850…1060 700…950 9 – 400…500 –
40ХН 1000…1450 800…1300 – 310…420 460…600 –
30ХГСА 1100…1700 850…1500 7 – 480…700 280…400
60Г 710 420 11 250…320 – –
Относи-
тельное
удлине-
ниеδ,%
Пределвыносливости,МПа
σ
–1p
σ
–1u
τ
–1k
1.5 Пример формы отчета о лабораторной работе
Лабораторная работа 1
РАСТЯЖЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ОБРАЗЦА
С ПОСТРОЕНИЕМ ДИАГРАММЫ
Машина: разрывная Р-10
Диаметробразца,мм Расчётнаядлина,мм
d
0
d
1
l
0
l
1
Эскизы образцов (до и после испытания)
Таблицазначений,снятыхсдиаграммы,построеннойсамописцем
восях F,Δl
Координатыточкинадиаграмме Маркастали
1Сила,кН,соответствующаяпределупропорциональности
F
=
pr
2Сила,кН,соответствующаяпределутекучести
=
F
у
3Сила,кН,соответствующаяпределупрочности
=
F
u
4Сила,кН,соответствующаяразрывуобразца
=
F
fr
19
Обработка результатов эксперимента
4
4
f
σ
c
f
σ
tr
r
0
ll
−
AA
−
( )
2 /3
00
W
Площадисечениядоиспытанияипослеразрыва:
2
dAπ
0
=
0
=__________м2;
2
dAπ
1
=__________м2.
=
1
Таблица вычисления координат точек диаграммы растяжения в
осяхσ,ξ
Координатыточкинадиаграмме Маркастали
1Пределпропорциональностиσ
2Пределтекучестиσ
3Пределпрочностиσ
,МПа
у
,МПа
u
4Разрушающеенапряжениеусловное
5Разрушающеенапряжениеистинное
6Относительноеостаточноеудлинение
7Относительноеостаточноесужение
8Полнаяработадеформации
9Удельнаяработадеформации
,МПа
pr
вМПа
r
вМПа
10
δ= ⋅
ψ= ⋅
W llF F=−+
( )
10
100
l
01
100
A
0
y
u
wAl=
F
0
Диаграммы в осях F, Δl
∆l
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]