Испытание материалов на сдвиг (срез)

Цели работы. 1. Ознакомление с испытательной машиной, приспособлениями и методикой испытания на сдвиг (срез). 2. Определение предела прочности на сдвиг (срез).

Краткие теоретические сведения. Существует большой класс задач по расчёту болтовых, заклёпочных и сварных соединений; шпилек; шпонок; врубок и т.п., подвергающихся сдвигу (срезу). Для их расчёта необходимо знать предел прочности при сдвиге. Полагая, что касательные напряжения среза распределяются по поперечному сечению равномерно, получим

, (1)

где – напряжение среза;– сила среза;– площадь среза.

Как и другие механические характеристики материала, предел прочности на сдвиг может быть определён только экспериментальным путём.

Испытательные машины, образцы, приспособления и измерительные приборы. При выполнении данной лабораторной работы могут применяться испытательные машины ZD10/90 и FPZ-100 (п. 1.2.1) с использованием специальных приспособлений.

Для испытания образцов цилиндрической формы используется приспособление, показанное на рис. 1, позволяющее осуществить срез по двум плоскостям поперечного сечения:

. (2)

Рис. 1

На рис. 2 показано приспособление для испытания на срез листового материала. В данном случае

. (3)

Рис. 2

При испытаниях деревянных образцов на скалывание используют приспособление (рис. 3), где площадь среза

F_ср=bh. (4)

Рис. 3

Для измерения размеров образцов применяют штангенциркуль и микрометр.

Порядок выполнения лабораторной работы. Перед испытанием производят тщательное измерение необходимых образцов. Затем их помещают в соответствующие приспособления, которые устанавли-вают между траверсами испытательной машины. Далее производят нагружение образца до разрушения, при этом нужно следить за показаниями силоизмерителя машины. В качестве следует взять наибольшее значение силы, которую выдержал образец.

Полученные данные заносят в таблицы журнала испытаний.

Обработка результатов опыта. Используя размеры образцов в лабораторном журнале, вычисляют площадь среза () (формулы (2) – (4)).

Далее по формуле (1) определяют напряжения среза, которые заносят в лабораторный журнал.

Контрольные вопросы

1. Какое напряжённое состояние называют сдвигом?

2. Каков характер разрушения при сдвиге (срезе)?

3. Как определяют касательное напряжение при срезе?

4. Какое допущение вводят при выводе формулы (1)?

5. Какую характеристику материала определяют при испытании на сдвиг?

6. Приведите примеры односрезных и двухсрезных соединений.

7. Каково соотношение прочности древесины при сдвиге вдоль и поперёк волокон?

8. Приведите примеры деталей, работающих на сдвиг.

9. Какие данные нужны из эксперимента, чтобы определить напряжение среза?

Лабораторная работа № 5

Испытание на кручение бруса круглого поперечного сечения

Цели работы. 1. Ознакомление с испытательной установкой и измерительными приборами 2. Определение модуля упругости материала образца при сдвиге. 3. Построение зависимости крутящего момента от угла закручивания образца.

Краткие теоретические сведения. Угол закручивания бруса круглого поперечного сечения в пределах упругости определяют зависимостью

, (1)

где – угол закручивания бруса;– крутящий момент– расчётная длина бруса;– модуль упругости при сдвиге материала бруса;

–

полярный момент инерции площади поперечного сечения бруса, – диаметр поперечного сечения бруса.

Из (1) следует, что модуль упругости при сдвиге может быть определён по формуле

. (2)

Образец, испытательная установка и измерительные приборы. Схема испытания образца приведена на рис. 1. Образец в виде консольного бруса (см. рис. 1) имеет диаметр мм и длину рабочей частимм. Плечо пары сил составляет мм.

Для измерения угла закручивания образца в данной работе используют оптический прибор Мартенса (рис. 2). На образце 1, угол поворота которого нужно определить, установлена струбцина 2 с зеркалом 3. На расстоянии м от зеркала установлена линейка 4 и источник света 5. В начальный момент (до деформации образца) луч падает на зеркало под угломк нормалиI и после отражения под тем же углом (угол падения равен углу отражения) позволяет сделать на линейке отсчёт .

Рис. 1

Рис. 2

После нагружения образца крутящим моментом его торцевое сече-ние и зеркало повернутся на угол . Теперь угол падения и угол отражения составят(нормальII), а на линейке появится отсчёт . Ввиду того что расстояниезначительно превышает(разницу между отсчётамии), можно принять

, .

Откуда получаем угол закручивания

.

Порядок выполнения лабораторной работы. Занести в журнал геометрические параметры образца и лабораторной установки. Снять отсчёт оптического угломера Мартенса () для ненагруженного образца (). Провести нагружение образца с помощью гирь. Уровни нагрузок составляют 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 Н. Для каждого уровня нагрузок записать показания угломера.

Обработка результатов опыта. Определить крутящий момент

;

приращение показаний угломера

,

вычислить угол закручивания на каждой ступени нагружения. Полученные данные позволяют построить и проанализировать зависимость . Для определения модуля сдвигаG необходимо вычислить среднее приращение угла закручивания между каждыми ступенями нагружения насилойН. По формуле (2) определить величину модуля сдвигаG, подставив вместо ии. Полученные данные о модуле сдвига занести в лабораторный журнал и сравнить со справочными данными.

Контрольные вопросы

1. Какой вид нагружения бруса называют кручением?

2. Какой внутренний силовой фактор возникает в поперечном сечении бруса при кручении?

3. Какие деформации испытывает образец при кручении?

4. Как определяют угол закручивания при кручении?

5. Как определяют и как распределяются касательные напряжения при кручении бруса круглого поперечного сечения?

6. В каких точках круглого сечения касательные напряжения максимальны? Как их определяют?

7. Что называют модулем сдвига? Как записывают закон Гука при сдвиге?

8. Какие величины нужно определить из опыта на кручение, чтобы вычислить модуль сдвига материала?

9. Как вычислить полярный момент инерции и полярный момент сопротивления для круглого сечения? В каких единицах они выражаются?

Лабораторная работа № 6