Лабораторная работа №2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ ПРИ СЖАТИИ.

Цель работы : Исследовать поведение различных материалов при сжатии; определить пределы прочности хрупких и пластичных материалов и коэффициент анизотропии материалов.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.

Характер поведения пластичных и хрупких материалов при испытании на сжатие существенно отличается.

В инженерных конструкциях и машинах часто встречаются элементы, работающие на сжатие. Поэтому возникает необходимость измерения сопротивляемости материалов сжатию и в экспериментальном определении числовых значений механических характеристик.

Механические характеристики, полученные при испытаниях на сжатие носят условный характер, т.к. трудно осуществить строго соосное приложение нагрузки, а силы трения, возникающие на опорных поверхностях образца при испытании искажают результаты замеров. Чтобы уменьшить погрешность при испытании на сжатие образцы должны изготавливаться в соответствии со стандартами. При испытании на сжатие пластичные и хрупкие материалы ведут себя различно.

Испытание на сжатие пластичных материалов. При сжатии стального образца до некоторой нагрузки Р_пц имеет место пропорциональная зависимость между деформацией и нагрузкой. Отношение Р_{пц к первоначальной площади поперечного сечения} А_о называется пределом пропорциональности при сжатии.

При дальнейшем нагружении значительно растет деформация, и образец принимает бочкообразную форму. Образец не разрушается, а расплющивается. Пластичные материалы при сжатии имеют предел пропорциональности, но не имеют предела прочности и могут деформироваться в значительной степени.

Испытание на сжатие хрупких материалов. К ним относится серый чугун, бетон, кирпич. При сжатии чугунного образца с начала нагружения до разрушения наблюдается нелинейная зависимость между деформацией и силой. Однако при небольших деформациях для упрощения расчетов полагают, что материал подчиняется закону Гука. Образец разрушается при максимальной нагрузке, которую можно считать пределом прочности, который определяется, как отношение разрушающей нагрузки к первоначальной площади поперечного сечения образца.

Нагружение образца приводит сначала к появлению небольших трещин, а разрушение происходит по плоскостям, наклоненным к оси образца примерно на 40^о...50^о т.е. от действия максимальных касательных напряжений.

Испытание на сжатие древесины. Древесина является анизотропным материалом, т.е. обладает различными свойствами в различных направлениях. Испытание деревянных образцов на сжатие проводится вдоль и поперек волокон.

При сжатии древесины вдоль волокон между усилием и деформацией имеется незначительная нелинейная зависимость, которой при расчетах можно пренебречь.

Пределом прочности считается отношение предельной нагрузки Р_пч к первоначальной площади поперечного сечения образца.

Разрушение происходит с образованием поперечных складок и сжатия опорных поверхностей.

При сжатии дерева поперек волокон в начальной стадии наблюдается пропорциональная зависимость между нагрузкой и деформацией, и можно определить предел пропорциональности, как отношение Р_пц к первоначальной площади поперечного сечения образца.

При дальнейшем нагружении древесина сильно уплотняется без разрушения. За разрушающую силу принимается такая сила Р_пч, при действии которой уплотнение образца составляет 1/3 первоначальной высоты. Отношение Р_пч к А_о считается пределом прочности при сжатии поперек волокон.

Сравнивая испытание на сжатие древесины вдоль и поперек волокон, видим, что прочность в первом случае в 7...10 раз выше, чем во втором.

Для характеристики свойств анизотропных материалов используется коэффициент анизотропии.

Коэффициентом анизотропии называется отношение предела прочности при сжатии вдоль волокон к пределу прочности поперек волокон.

Испытание на сжатие искусственных строительных материалов. В качестве образцов берутся бетонные кубики. При сжатии диаграмма имеет линейный вид; внешний вид после разрушения – две усеченные пирамиды, соединенные меньшими основаниями, около середины высоты образца.

Оборудование и образцы

Стальные и чугунные образцы берут цилиндрической формы с отношением высоты к диаметру 2; деревянные и бетонные образцы имеют форму кубиков. Измерения производятся штангенциркулем с пределом измерения 0...120 мм. и ценой деления 0,1мм. Испытание проводится на гидравлическом прессе МС-500 с максимальным усилием 500кН (рис. 2.).

При испытании металлов (стали, чугуна) применяются цилиндрические образцы в соответствии с ГОСТ 2055-43. При испытании каменных материалов, бетона, цемента, дерева применяются кубические образцы с размером сторон кубика 30, 50 или 100 мм. Бетонные образцы изготовляются по ГОСТ 6901-54.

Рис. 2. Машина (гидравлический пресс) для проведения испытаний на сжатие МС-1: 1-подвижная (силовозбудительная) часть; 2-неподвижная (силоизмерительная) часть; 3-пульт управления; 4-основание.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ.

1. Перед испытанием ознакомиться с устройством машины и безопасными методами работы на ней; в журнал испытаний записать тип испытательной машины и цену деления силоизмерительного устройства.

2. Замерить образцы.

3. Установить образцы на плите испытательной машины, наблюдать за процессом нагружения и разрушения образцов и заэскизировать их.

4. Вычислить требуемые механические характеристики для всех образцов и занести результаты в таблицу обработки результатов опыта. Результаты записать в таблицу.