Методичні вказівки до лабораторних робіт з курсу "Опір матеріалів"

(Упоряд. Г.В.Артюх, В.Г.Артюх, М.В.Бондарев, О.П.Жуковець та ін.)

Проведення лабораторних робіт має дві основні мети: експериментальна перевірка розрахункових залежностей, що були одержані в теоретичній частині курсу з притягненням тих чи інших спрощувальних гіпотез, та визначення механічних характеристик конструкційних матеріалів і жорсткості при проектуванні елементів машин та споруд. При цьому студенти знайомляться з сучасними експериментальними методами дослідження деформацій, в тому числі з тензометруванням, з будовою і принципом дії випробувальних машин, вимірювальних приладів та іншим лабораторним обладнанням.

Роботи виконуються на типовому лабораторному обладнанні.

Лабораторна робота №1 Випробування сталі на розтяг

Мета роботи - експериментально визначити основні механічні характеристики й установити марки сталі.

Випробування проводять на спеціально виготовлених зразках, найчастіше - циліндричних. Розміри зразків стандартизовані. Основні розміри зразка - його початкова довжина l₀ і діаметр d_o. Застосовуються зразки двох типів: нормальні (з відношенням ) і короткі (з відношенням ).

Зразок перед випробуванням вимірюється штангенциркулем і встановлюється в затискачі випробувальної машини, де до нього прикладають осьове статичне навантаження. Під дією сили, що прикладається, зразок подовжується; із збільшенням сили збільшується і подовження.

Спеціальний пристрій, так званий діаграмний апарат, креслить криву в координатах Р-l, яка зветься діаграмою розтягу. Вид її залежить від властивостей матеріалу і розмірів зразка. Для маловуглецевих сталей (сталь 10,20,30) діаграма має такий вигляд, як на рисунку 1.1.

Характерні особливості цієї діаграми:

а) наявність прямолінійної ділянки ОА, для якої справедливий закон Гука;

б) наявність горизонтальної ділянки, так званої площадки текучості, що відображає зростання деформації практично при постійному навантаженні;

в) наявність криволінійної ділянки ВС, де збільшується навантаження, - зона зміцнення;

г) падіння навантаження перед руйнуванням - зона руйнування, зображена ділянкою СD.

Рис.1.1.

Під час випробувань із зразком відбуваються такі зміни:

а) якщо навантаження знаходиться в межах ділянки ОА, зразок деформується пропорційно, причому деформації малі і зовні непомітні;

б) при навантаженні Р_т, яке викликає явище текучості, на гладкій полірованій поверхні зразка з’являється сітка ліній ковзання (так звані лінії Чернова-Людерса) - наслідок зсувів по площадках найбільших дотичних напружень. Лінії ковзання становлять кут  = 45 з продольною віссю зразка;

в) ділянка ВС відповідає значному зростанню пластичної деформації, деформація зовні стає помітною. Зразок деформується рівномірно по усій довжині;

г) точці С на діаграмі відповідає найбільше навантаження, при якому на циліндричній частині зразка помічається звуження - шийка;

д) падіння навантаження на ділянці СD, викликане різким зменшенням площі перерізу зразка в шийці;

е) точці D відповідає руйнування зразка в найвужчому місці шийки.

Щоб діаграма відображала лише властивості матеріалу (незалежно від розмірів зразка), її перебудовують у відносних координатах.

По осі абсцис відкладають  = - відносне подовження, а по осі ординат  = - нормальне напруження. Отриману діаграму називають умовною діаграмою напружень (рис.1.2).

Рис.1.2

Умовність діаграми полягає в способі визначення напруження не за поточною площею поперечного перерізу, що змінюється в процесі випробувань, а за початковою – F₀. Діаграма напружень зберігає всі особливості вихідної діаграми розтягу. Характерні напруження діаграми мають назву граничних і відбивають властивості міцності. Основні з них:

_пц - границя пропорційності, тобто найбільше напруження, до якого справедливий закон Гука;

_пр - границя пружності, тобто найбільше напруження, до якого залишкова деформація при розвантаженні не виявляється (за значенням _пр близька до _пц, і тому різницею між ними нехтують);

_т - фізична границя текучості, тобто напруження, що відповідає площадці текучості;

_мц - границя міцності, або тимчасовий опір, тобто напруження, що відповідає найбільшому навантаженню, яке витримує зразок.

Крім характеристик міцності визначають дві характеристики пластичності:

1) відносне залишкове подовження зразка при розриві

₅ =,

де l - кінцева довжина зразка після розриву;

індекс 5 вказує на тип зразка - короткий зразок - = 5;

2) відносне залишкове звуження зразка в шийці

де F - площа перерізу зразка в шийці (в місці розриву).