Работа № 2 испытание на сжатие пластичных и хрупких материалов

Цель работы.

1. Определить механические характеристики материалов: для пластич­ных – предел пропорциональности, для хрупких – временное сопротив­ление.

2. Сравнить поведение пластичных и хрупких материалов при испытании на сжатие.

Испытания на сжатие распространены гораздо меньше, чем испытания на растяжение. Как правило, испытанию на сжатие подвергают такие мате­риалы, как дерево, чугун, бетон и некоторые другие хрупкие материалы, которые лучше сопротивляются сжатию, чем растяжению и применяются для изготовления элементов конструкций, работающих на сжатие.

Рассмотрим особенности поведения пластичных и хрупких материа­лов при испытаниях на сжатие.

Для испытаний на сжатие применяют образцы либо цилиндрической формы, либо в форме кубика. При испытании металлов (сталь, бронза, дю­раль, чугун и др.) применяются образцы цилиндрической формы, причем во избежание искривления высота h цилиндрического образца не долж­на превышать двух-трех диаметров d.

Образцы в форме кубика применяются при испытании бетона, камня, дерева и т.д.

1. Сжатие пластичных материалов.

На рис.5 приведена диаграмма сжатия образца из малоуглеродис­той стали. В начале диаграммы так же, как при растяжении, имеется прямолинейный участок OА, выражающий пропорциональную зависимость между нагрузкой и деформацией (закон Гука). Точка А диаграммы со­ответствует пределу пропорциональности при сжатии

(10)

где – начальная площадь поперечного сечения образца.

После перехода через предел пропорциональности наблюдается бо­лее быстрый рост деформаций, причем от точки В диаграммы деформации растут без увеличения нагрузки – материал течет. Точка В диаграммы соответствует пределу текучести

при сжатии

(11)

При нагрузке , соответствующей пределу текучести, образец получает заметные остаточные деформации, которые выражаются в его укорочении и увеличении поперечного сечения. Вследствие сил трения между торцами образца и опорными поверхностями испытательной маши­ны образец принимает бочкообразную форму (рис.6).

Для дальнейшей деформации образца необходимо увеличивать наг­рузку – кривая на диаграмме сжатия (рис.5) идет резко вверх. Обра­зец расплющивается в тонкий диск, не обнаруживая признаков разруше­ния. Поэтому временное сопротивление при сжатии пластичных ма­териалов не определяется.

При сжатии пластичных материалов так же имеет место явление наклепа.

У пластичных материалов пределы пропорциональности и пределы текучести при испытании на растяжение и сжатие практически одинаковы.

2.Сжатие хрупких материалов.

Хрупкие материалы при сжатии разрушаются при малых деформа­циях. Разрушение происходит внезапно с образованием трещин по нак­лонным или продольным плоскостям. Временное сопротивление при сжатии таких материалов как чугун, бетон и камень в два и более раз превы­шает временное сопротивление при растяжении.

Диаграмма сжатия чугуна (рис.7) не имеет прямолинейного уча­стка. Точка E диаграммы соответствует временному сопротивлению при сжатии

(12)

Разрушение чугунных образцов, а так же образцов из некоторых марок алюминиевых сплавов, происходит по плоскости (рис.8), наклонен­ной к оси образца на угол, близкий к 45° от действия максимальных ка­сательных напряжений.

Подготовка образцов к испытании

Измерить диаметр d и высоту h образцов. Вычислить началь­ную площадь поперечного сечения каждого образца.

Проведение испытания 1

1. Установить образец из пластичного материала С стали, бронзы и др.)

на нижнюю траверсу испытательной машины.

2. В записывающее устройство установить лист миллиметровой бумаги.

3. Плавно нагружать образец усилием (до 6070кН).

4. Разгрузить образец.

5. Из записывающего устройства извлечь диаграмму сжатия.

Обработка результатов испытания I

1. На диаграмме сжатия установить точку А (рис.5) в конце прямо­линейного участка.

2. Измерить ординату точки А в мм и умножить ее на масштаб диаграммы (1мм – 500Н). Полученное значение записать в журнал лабораторных ра­бот.

3. Вычислить предел пропорциональности при сжатии по формуле (10).

4. Сравнить с пределом пропорциональностипри растяже­нии

(см. лаб.работу № 1).

5. В журнале лабораторных работ начертить диаграмму сжатия и выпол­нить эскиз образца до и после испытания.

Проведение испытания 2

1. Установить образец из хрупкого материала (чугуна, дюрали и др. ) на нижнею траверсу испытательной машины.

2. В записывающее устройство установить лист миллиметровой бумаги.

3. Плавно нагружать образец усилием до разрушения.

4. Из записывающего устройства извлечь диаграмму сжатия.

Обработка результатов испытания 2

1. На диаграмме сжатия установить точку Е (рис.7) в том месте, где диаграмма достигает максимума.

2. Измерить ординату точки Е в мм и умножить ее на масштаб диаг­раммы (1мм – 500Н). Полученное значение записать в журнал лабораторных ра­бот.

3. Вычислить временное сопротивление при сжатии по формуле (12).

4. В журнале лабораторных работ начертить диаграмму сжатия и выпол­нить эскиз образца до и после испытания.