Лабораторная работа №4
ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ НА КРУЧЕНИЕ
Цель работы: Экспериментальным путем проверить закон Гука при кручении, определить предел прочности материала при кручении и выявить характер разрушения образца.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
При кручении бруса круглого поперечного сечения в плоскостях, перпендикулярных к его продольной оси, и в плоскостях, совпадающих с этой осью, возникают только касательные напряжения; в плоскостях, расположенных под углом 450 к оси бруса – только нормальные напряжения (главные).
Нормальные и касательные напряжения по величине не равны между собой, поэтому разрушение образца при кручении может произойти от сдвига или от отрыва. Так как сопротивление сдвигу или отрыву у различных материалов не одинаково, разрушение образцов при испытании на кручение будет происходить различно.
Оборудование и образцы
На кручение испытывают образцы цилиндрической и плоской формы, изготовленные в соответствии с требованиями ГОСТ 3565-58. Выбор размеров образцов зависит от величины предельного момента испытательной машины.
Для испытаний на кручение применяют специальные машины типа КМ-5 или К-50.
К данной лабораторной работе применяют машину КМ-50-1, предназначенную для испытания образцов из металла на кручение с наибольшим крутящим моментом 50 кгс∙м. На машине можно производить испытания образцов из других материалов (пластмасс, древесины и т.д.) в пределах ее конструктивных и технических возможностей.
Машина КМ-50-1 относится к типу испытательных машин с механическим нагружением вертикально расположенного образца и рычажно-маятниковым моментоизмерителем. Принцип действия машины заключается в следующем:
Образец, зажатый в захватах, подвергается кручению при помощи механизма провода. Момент, приложенный к нижнему захвату, передается через механизм нагружения маятнику, который отклоняясь, приводит в движение стрелку, показывающую величину крутящего момента на шкале силоизмерителя.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ
В журнале испытаний записать тип машины.
Измерить диаметры и расчетные длины образцов.
Подготовить к работе диаграммный аппарат.
Закрепить в захватах машины стальной образец, проследить за надежностью крепления головки образца в захватах, чтобы не было проскальзывания.
Включив электродвигатель, довести образец до разрушения. Разрушение происходит без образования шейки и бесшумно.
По шкалам зафиксировать наибольший момент Мпч и величину угла закручивания.
Вынуть части образца и рассмотреть место поломки. Определить характер разрушения.
Для чугунного и деревянного образца испытания проводятся в том же порядке, что и для стального образца.
Вычислить условный предел прочности для образца при кручении:
а) стального образца
б) для деревянного образца
где Мny – разрушающий момент; Wny – полярный момент сопротивления, вычисленный по диаметру образца до испытания.
По характеру поломки образца определить вид разрушения (имел ли место при разрушении сдвиг или отрыв частиц материала), т.е. выявить, какие напряжения для данного материала наиболее опасны.
По величине угла закручивания, при котором произошло разрушение образца, определить пластичность материала.
СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА
Отчет о проделанной работе должен содержать: схему испытательной машины, эскизы образцов до и после испытания, вычисления условных пределов прочности, построение диаграммы кручения, выводы о свойствах материалов, сделанных по характеру излома образцов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Какие напряжение возникают в точках образца при кручении: в плоскостях, перпендикулярных к оси; в плоскостях, расположенных под углом 450 к оси стержня?
Как по характеру разрушения образца определить, какой вид напряжений наиболее опасен для данного материала?
Что можно сказать о свойствах материала, если разрушение образца произошло по плоскости, расположенной под углом 450 к его оси?
Чем отличаются начальные участки диаграмм кручения стального и деревянного образца?
При испытании установлено, что один образец разрушился при угле закручивания 600, а другой – при угле 5000. Сравнить прочность и пластичность материалов.