Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Техническая механика. Лабораторный практикум
.pdf
σ
Диаграммы в осях σ, ξ
0
ξ
После определения характеристик испытываемого материала по
таблицамГОСТаустанавливаютмаркустали,изкоторойизготовлен
образец (см. таблцу 1.1) и, в соответствии с этим решают, в каких
конструкцияхматериалможетнайтиприменение.
Анализ результатов, выводы
Подписьстудента
Подписьпреподавателя
Вопросы для подготовки к защите работы
1 Каковацельлабораторнойработы?
2 На какой машине проводятся испытания? Опишите её
конструкцию.
3 Какработаютсилоизмерительноеизаписывающееустройство?
4 Какие по форме поперечного сечения образцы
предусматриваетГОСТ?
5 Какоесоотношениемеждудиаметромидлинойрабочейзоны
образцапредусматриваетГОСТ?
6 Для чего нужна диаграмма растяжения материала и в каких
координатахонастроится?
7 Почему диаграмму растяжения следует называть
параметрической?
8 Почемузаосьабсциссприпостроениидиаграммырастяжения
принимаютабсолютноеудлинение?
9 С какой целью обращают функциональную зависимость
нагрузкиотудлинения?
21
10 Какой вид имеет диаграмма растяжения малоуглеродистой
стали?
11 Сколько характерных зон деформирования имеет диаграмма
растяжения?
12 Какназываютзоныдеформированиядиаграммырастяжения?
13 Какпроходитпроцессдеформированиянаразличныхучастках
диаграммы?
14 Почемудиаграммарастяжения,полученнаянамашине,имеет
начальныйкриволинейныйучастокO1A?
15 Что характеризует диаграмма растяжения, построенная в
координатах F–Δl: свойства образца данных размеров или свойства
материала?
16 Как определяется начало координат машинной диаграммы
F–Δl?
17 От каких факторов зависят механические характеристики
материалов?
18 Накакиегруппыделятмеханическиехарактеристики?
19 Какую реакцию твёрдых тел измеряют механическими
характеристикамипрочности?
20 Чтоотносяткхарактеристикампрочности?
21 Как отличают истинное разрушающее напряжение от
условного?
22 ДлякакогоучасткадиаграммысправедливзаконГука?
23 Чтоназываетсяпределомпропорциональности?
24 Чтоназываетсяпределомупругости?
25 Чтоназываетсяпределомтекучести?
26 Чтоназываетсяплощадкойтекучестии прииспытаниикаких
материаловонабываетнадиаграммерастяжения?
27 Покажите на диаграмме растяжения зону упругости и
объяснитееесуть.
28 Чтоназываетсяпределомпрочности?
29 Как определить параметры, характеризующие пластичность
материала?
30 Чтоподразумеваетсяподистиннымнапряжением?
31 Объясните, почему образец разрушается при нагрузке
меньшей,чеммаксимальная.
32 Из каких частей состоит полная деформация и чему она
равна?
22
33 Для каких материалов определяют условный предел
текучести?Каковаметодикаегорасчета?
34 Какие деформации называют упругими и какие остаточными
(пластическими)?Какихопределитьнадиаграммерастяжения?
35 Чем отличаются друг от друга диаграммы растяжения при
пластичномихрупкомразрушенииматериалов?
36 Что называют наклёпом? Как изменяются механические
свойстваматериалапосленаклёпа?
37 Как используют в технике явление наклёпа? Приведите
примеры.
38 Когдапоявляетсяшейканаобразце?
39 Какой точке диаграммы растяжения соответствует момент
зарожденияшейкиобразца?
40 Чем характеризуется удельная работа разрыва и как её
определяют?
41 На основании каких данных испытаний определяют марку
стали?
42 Какую способность твёрдых тел измеряют характеристикой
вязкости?
43 Чтоявляетсяколичественнымпоказателемвязкостиматериала?
44 Какимиразмерамихарактеризуютпропорциональныйобразец?
45 Накакуювеличинувосстанавливаютсяразмерыобразцапосле
егоразрыва?
23
Лабораторная работа 2
ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
МАТЕРИАЛОВ НА СЖАТИЕ
2.1 Цель работы
1Получитьдиаграммысжатиячугуна,дерева,меди.
2Определитьхарактеристикипрочностиэтихматериалов.
3Определитьхарактеристикипластичностиматериалов.
2.2 Необходимое оборудование и приборы
1РазрывнаямашинассилоизмерительнымустройствомР-10.
2Штангенциркуль.
3Образцыметаллов(чугун,медь,латунь).
2.3 Теоретические основы работы
Испытание на сжатие проводятся реже, чем на растяжение, так
как при сжатии нельзя получить все механические характеристики
материалов. Так, пластичный материал при сжатии не разрушается,
а превращается в диск, что не позволяет определить напряжение,
соответствующее разрушающей силе. Также нельзя определить
параметры, аналогичные характеристикам пластичности. Поэтому
испытаниюнасжатиеподвергаютвосновномхрупкиематериалы.
Испытание материалов на сжатие проводится аналогично
испытанию на растяжение. Так же как и при испытании на
растяжение, из испытуемого материала изготавливаются образцы,
которые сжимают на испытательной машине до разрушения. При
этомтакжевычерчиваетсядиаграммасжатия.Испытание на сжатие
проводятся по следующим стандартам: для стали и чугуна – ГОСТ
25.503–80,бетона–ГОСТ10.180–90.Испытаниенасжатиепроводят
науниверсальныхиспытательныхмашинах(например,Р-10,УММ-5
илиУММ-50)илиспециальныхпрессах.
Образцы материалов изготавливаются в виде цилиндров
c соотношением размеров h=(1...2)d (например, для чугуна
d = 10...25 мм) или кубиковсо стороной 20 мм и более для дерева
(рисунок2.1).Образецзакладываетсямеждуплитамииспытательной
24
машины и постепенно нагружается непрерывно возрастающей
0
.
F
A
σ=
пц
пц
нагрузкой. При этом на диаграммном барабане машины
вычерчиваетсядиаграммасжатия(рисунок2.2).
Результатыиспытанийна сжатие зависят от условий проведения
эксперимента. Практически очень трудно добиться приложения
сжимающей силы точно по оси образца. Поэтому образец будет
не только сжиматься, но и изгибаться. Чем длиннее образец, тем
больше влияние изгиба (попробуйте сжать длинный и тонкий
прутик). Для уменьшения влияния изгиба рекомендуется применять
образцы, длина которых не более чем в два раза превышает их
поперечные размеры. Применение слишком коротких образцов
тоже нежелательно. При сжатии образца продольные размеры
уменьшаются,апоперечныеувеличиваются(позаконуПуассона).
Рисунок2.1–Размерыматериалов
Для пластичного материала (медь) диаграмма сжатия (см.
рисунок 2.2) до предела текучести совпадает с диаграммой
растяжения, однако ярко выраженной площадки текучести не
наблюдается. После прохождения стадии текучести происходит
быстрое возрастание деформаций, а увеличивающееся поперечное
сечение образца становится способным выдержать все большую
нагрузку. Образец принимает бочкообразную форму из-за наличия
силтрениянаторцах(рисунок2.3,а)иможетбытьсплющенвтонкую
пластинку без признаков разрушения, иногда даже без образования
трещин. Поэтому в процессе испытания обычно определяют только
пределпропорциональности
Для пластичных материалов модуль упругости Е, предел
упругости σу и предел текучести σт при сжатии примерно те же,
25
что и при растяжении. Предел прочности при сжатии нельзя
0
.
F
A
σ=
макс
в
определить практически, так как как образец не разрушается,
поэтомуегопринимаютравнымпределупрочностиприрастяжении.
Характеристики, аналогичные относительному удлинению и
относительному сужению при разрыве, при испытании на сжатие
такжеполучитьневозможно.
Если первоначально растянуть пластичный материал за предел
текучести,апотом,разгрузив,сжатьего,тонаблюдаетсяпонижение
величиныпределатекучести.Такоеявление,называемоеэффектом
Баушингера, связано с анизотропным упрочнением материала, т.е.
упрочнением,зависящимотнаправлениянагружения.
Хрупкие материалы (чугун, бетон, кирпич и др.) лучше
сопротивляются сжатию, чем растяжению, и поэтому они
применяются для изготовления материалов, работающих на сжатие
(к примеру, у бетона предел прочности на сжатие раз в 10 больше
предела прочности на растяжение). В силу чего хрупкие материалы
применяются в основном в сжатых элементах конструкций,
поэтому основным видом испытаний хрупких материалов является
испытаниенасжатие.Дляихрасчетанапрочностьнеобходимознать
механическиехарактеристики,получаемыеприиспытаниинасжатие.
Для чугуна на диаграмме сжатия (см. рисунок 2.2) почти
отсутствует прямолинейный участок, т.е. закон Гука выполняется
лишь приближенно в начальной стадии нагружения. Разрушение
происходитвнезапнопримаксимальнойнагрузкеF
споявлением
макс
ряданаклонных трещин, расположенныхприблизительноподуглом
45° к образующим боковой поверхности образца, т.е. по линиям
действиямаксимальныхкасательныхнапряжений(рисунок2.3,б).
Пределпрочностиприсжатииопределяетсяпозависимости
Пределпрочностичугунанасжатиепревышаетпределпрочности
нарастяжениев4–5разипределпрочностинаизгибв2раза.
Следует заметить, что характер деформации и разрушения
образца зависит от сил трениямеждуторцамиобразца и опорными
плитамииспытательноймашины.Путемпериодическойпарафинной
или графитовой смазки торцов можно устранить силы трения;
при этом чугунный образец в течение всего испытания остается
26
цилиндрическим и разрушается по плоскостям, параллельным
диаметральной плоскости из-за недопустимо больших
растягивающихдеформаций.
При сжатии бетона (цементного раствора, камня) рост нагрузки
сопровождаетсяупругимидеформациямивплотьдоразрушения,что
вообщесвойственно для хрупких материалов. Характер разрушения
образцов из бетона зависит от наличия сил трения между плитами
машины и торцами образца. При их наличии, т.е. когдаобразец без
смазки, разрушение происходит путем выкрашивания материала
у боковых поверхностей в средней части образца, а трещины
образуютсяподуглом45°клиниидействиянагрузки(рисунок2.3,в).
При сжатии образца со смазанными торцами разрушение имеет
вид продольных трещин, т.е. материал расслаивается по линиям,
параллельным действию сжимающей силы (рисунок 2.3, г).
Сравнение механических характеристик бетона показывает, что
предел прочности при сжатии в 10–20 раз превышает предел
прочностиприрастяжении.
При испытании на сжатие образцов из дерева,
имеющего волокнистую структуру, ярко проявляются его
анизотропные свойства. Так, при сжатии дерева вдоль волокон
(см. рисунок 2.2) образец претерпевает небольшие остаточные
деформации, могут образовываться поперечные складки и
продольные трещины, а разрушение возникает вследствие сдвига
одной части образца относительно другой (рисунок 2.3, д). При
сжатии поперек волокон после достижения некоторой нагрузки
(см. рисунок 2.2) кубик продолжает деформироваться почти
без увеличения сжимающей силы, подвергается прессованию
(рисунок 2.3, е) и не всегда можно точно определить нагрузку,
соответствующую началу разрушения. Поэтому предел прочности
условноопределяютпринагрузке, когдаобразецсжимаетсянаодну
треть от своей первоначальной высоты. Так, для сухой древесины
(свлажностьюравной15%притемпературе20°С)пределпрочности
на сжатие вдоль и поперек волокон отличается в 8–10 раз. Предел
прочности на растяжение больше предела прочности на сжатие
примернов2раза.
При расчете конструкций необходимо учитывать особенности
сопротивления растяжению и сжатию пластичных и хрупких
материалов.
27
Рисунок2.2–Диаграммасжатияразличныхматериалов:
медь,чугун,дерево
а
б
а–медь;б–чугун;в,г–бетонбезисосмазкойторцов;
д,е–деревовдольипоперекволоконсоответственно
в
г
д
е
Рисунок2.3–Характерразрушенияразличных
материаловприсжатии
2.4 Выполнение эксперимента и обработка результатов
испытаний
Передиспытаниемнеобходимоизмеритьвысотуh0идиаметрd0
образцов из меди и чугуна, а также высоту h0 и грани кубиковa из
деревасточностьюдо0,1мм.
Подсчитатьплощадипоперечныхсеченийобразцов.Полученные
данныезанестивотчет.
После этого один из образцов устанавливается между плитами
испытательноймашиныипроизводитсясжатие.
Испытание производится в той же последовательности, как
описановлабораторнойработе1.
28
После испытания проводится анализ разрушения образцов,
F
0
F
0
F
0
F
0
F
0
F
замер высоты образцов. Вычерчиваются эскизы разрушения
образцов.Началоотсчетаи масштабы диаграммопределяютсякакв
лабораторнойработе1.
Длямедиподсчитываетсязначениепределапропорциональности
инаибольшеенапряжение:
пц
σ=
пц
σ=
макс
A
макс
A
;
0
.
Длячугунаподсчитываетсявеличинапределапрочности:
макс
σ=
в
.
A
Длядеревавдольволокон–величинапределапрочности:
в
σ=
.
в
A
Для дерева поперек волокон – величина предела
пропорциональностиинаибольшеенапряжение:
пц
;
A
макс
A
НагрузкиFпц,Fв,F
σ=
пц
.
σ=
макс
находятсякаквлабораторнойработе1.
макс
Характеристикой пластичности при сжатии является
относительноеостаточноеукорочение,%:
δ= ⋅
100.
h
0
−
hh
01
Взаключениеработывотчетевычерчиваютсядиаграммысжатия
образцов, на которые наносятся характерные величины и делаются
выводыосвойствахпластичныхихрупкихматериаловприработена
сжатие.
29
2.5 Пример формы отчета о лабораторной работе
4
3
−
σ= =
A
Лабораторная работа 2
СЖАТИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ОБРАЗЦА
С ПОСТРОЕНИЕМ ДИАГРАММЫ
Машина: разрывная Р-10
Диаметробразца10мм
Расчетнаядлина25мм
Таблицазначений,снятыхсдиаграммы,построеннойсамописцем
восях F,Δl
Координатыточкинадиаграмме
1Сила,кН,соответствующаяпределупропорциональности
=
F
пц
2Сила,кН,соответствующаяпределутекучести
F
=
т
3Сила,кН,соответствующаяразрушениюобразца
F
=
р
4Абсолютнаядеформация,м,соответствующаяпределу
пропорциональности
Δl
=
пц
5Абсолютнаядеформация,м,соответствующаяразрушению
образца
Δl
=
р
Марка
стали
Марка
чугуна
Площадь поперечного сечения образца до испытания
= = м
Таблицавычислениякоординатточекдиаграммысжатиявосяхσ,ξ
Координатыточкинадиаграмме Маркастали Маркачугуна
1Пределпропорциональности,МПа
2Пределтекучести,МПа
2
dAπ
________ .
пц
σ=
т
Обработка результатов эксперимента
2
10F
⋅
пц
A
3
−
⋅
10F
т
=
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]