Все лабы по сопромату / ЛР2

Работа № 2

ИСПЫТАНИЕ МЕТАЛЛОВ НА СЖАТИЕ

Цель работы

1. Ознакомиться с экспериментальной методикой испытания металлов на сжатие.

2. Для хрупких материалов определить предел прочности на сжатие.

3. Построить диаграмму сжатия пластичных материалов.

Краткие теоретические сведения

При проведении стандартных испытаний конструкционных материалов на сжатие изучается зависимость деформации сжатия испытуемого образца от величины сжимающей силы. График этой зависимости “P-l” называется диаграммой сжатия. Относительная диаграмма сжатия (кривая упрочнения) строится в координатах “    “ (рис.6).

В упругой области кривая упрочнения, полученная при сжатии пластичных (кривая 1) материалов (малоуглеродистая сталь, медь, свинец и др.), совпадает с диаграммой растяжения (кривая 2). Поэтому для большинства пластичных материалов модуль Юнга и предел текучести одинаковы и при растяжении и при сжатии. При напряжениях, превышающих предел текучести, кривая упрочнения при сжатии монотонно возрастает. Пластичные материалы при сжатии не разрушаются, а образцы из них просто сильно сплющиваются. Предел прочности при их сжатии таким способом определить не удается. В справочной литературе эта величина отсутствует.

Хрупкие материалы (чугун, закаленные конструкционные и инструментальные стали, твердые сплавы, бетон и др.) при сжатии ведут себя по-другому. Сжатию они сопротивляются лучше, чем растяжению. Предел прочности при их сжатии в 2 – 5 раз превышает предел прочности при растяжении. Разрушение хрупких материалов происходит при незначительных пластических деформациях, а очень хрупких материалов (стекло) – вообще в упругой области. Характер и картина их разрушения могут быть различны. На рис. 7 показан характер разрушения сжатого цилиндрического образца из серого чугуна. Из рисунка видно, что разрушение происходит путем среза в плоскости, наклоненной примерно под углом 45⁰ . В этой плоскости при сжатии возникают максимальные касательные напряжения, вызывающие такое разрушение. Работа, затрачиваемая на разрушение хрупкого материала, значительно меньше, чем работа разрушения пластичного материала.

Разрушение образца под углом 45⁰ подтверждает третью гипотезу прочности.

Суть этой гипотезы заключается в следующем. Как известно, образование остаточных пластических деформаций в металлах происходит путем сдвига частиц относительно друг друга, а сдвиг обусловлен наличием касательных напряжений. Это обстоятельство позволяет высказать следующее теоретическое предположение (которое иногда называют третьей теорией прочности): прочность материала при сложном напряженном состоянии считается обеспеченной, если наибольшее касательное напряжение не превосходит допускаемого касательного напряжения, установленного для одноосного напряженного состояния.

, ,

, ,

где - допускаемые касательные напряжения, - допускаемые нормальные напряжения,, - главные напряжения, - расчётное напряжение по третьей теории прочности.

Образцы для испытаний

Согласно ГОСТ 25.503-97 для определения предела прочности при сжатии хрупкого материала используют цилиндрические образцы с отношением высоты к диаметру равным h₀/d₀  3. У более коротких образцов силы трения об инструмент, возникающие на торцах, оказывают сильное влияние на характер деформирования всего образца, который принимает бочкообразную форму (см. рис.7). Из хрупких материалов обычно изготавливают образцы с мм и 10 мм.

Для построения кривой упрочнения при сжатии пластичного материала рекомендуется использовать цилиндрические образцы диаметром 10 мм и высотой, зависящей от прочностных свойств материала. Для малоуглеродистой стали 20 – 22 мм. Более высокие образцы из пластичных материалов при испытании теряют устойчивость и искривляются.

Для уменьшения влияния сил трения на торцы образца наносят высокоэффективные смазки, например, на основе графита. Для предотвращения их вытекания на торцах образца часто вытачивают буртики (рис.8). Деформируясь, они обеспечивают герметичность объема со смазкой.

Испытательная машина –УГ–20/2.

Порядок выполнения работы:

1. Измерить размеры чугунного и стального образцов.

2. Для уменьшения трения торцы образцов покрыть смазкой из смеси машинного масла с графитом.

3. Поместить образцы в специальное приспособление для сжатия (стакан) и установить его в испытательную машину УГ-20/2.

4. Произвести испытание. Чугунный образец сжать до разрушения, при этом зафиксировать разрушающую силу . Сделать эскиз разрушенного образца.

5. Рассчитать предел прочности чугуна при сжатии:

1. ,

где - площадь поперечного сечения исходного образца.

6. Образец из пластичной стали ступенчато сжимать, фиксируя на каждой ступени сжимающую силу и измеряя высоту h и диаметр d образца.

7. Для каждой ступени рассчитать истинное напряжение

2. ,

где А – площадь среднего поперечного сечения сжатого образца.

8. Для каждой ступени рассчитать относительную деформацию сжатия

3. ,

где h – высота сжатого образца. При больших

относительных деформациях их расчет ведется по формуле

4. .

При заметной бочкообразности образца деформацию и напряжение рассчитывают в среднем сечении диаметром по формулам

5. ; .

9. Результаты всех экспериментов и расчетов занести в таблицу.

Номер опыта	F		Размеры образца		Площадь сечения А, мм2	Пластическая деформация 	Напряжение в образце , МПа
	кгс	кН	h, мм	d, мм

10. Построить кривую упрочнения при сжатии для пластичной стали.

Содержание отчета

1. Эскизы образцов с указанием размеров.

2. Эскизы разрушенного хрупкого и сжатого пластичного образцов.

3. Расчеты параметров и таблица с экспериментальными и расчетными данными.

4. Кривая упрочнения для пластичного материала.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается различие диаграмм сжатия хрупких и пластичных материалов?

2. Какие механические характеристики можно определить при испытании пластичных материалов на сжатие?

3. Как и какие характеристики прочности определяют при испытании на сжатие хрупких материалов?

4. Из каких условий выбираются размеры образцов?

5. Как и почему происходит разрушение образца из хрупкого материала?

6. В чем заключаются преимущества испытаний на сжатие перед испытаниями на растяжение?

7. Для чего при сжатии применяют высокоэффективные смазки?

24