Задание №2
Теоретическое обоснование
Определение механических свойств строительных материалов
Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться действию внешних сил или иных факторов (например, температурных), вызывающих в нем внутренние напряжения сжатия, растяжения или сдвига. Основные механические свойства строительных материалов: прочность, твердость, износостойкость, деформативность (упругость, пластичность).
Прочность — свойство материала в определенных условиях в пределах воспринимать нагрузки или другие воздействия, вызывающие в нем внутренние напряжения, без разрушения.
Для определения значения напряжений (МПа), т. е. внутренних сил, приходящихся на единицу площади поперечного сечения материала, возникающих в материале при приложении к нему внешней силы Р (кН), мысленно делают поперечный разрез образца (а – а). Чтобы образовавшиеся половинки образца (I и II) остались в равновесии, внешней силе F'должна противодействовать равная ей внутренняя сила σА, где А (м2) – площадь поперечного сечения образца материала, откуда
. (8)
Для твердых и упругих тел с увеличением напряжений пропорционально возрастают его относительные деформации ε:
, (9)
где Е – модуль упругости, МПа, характеризующий жесткость материала.
Чем выше модуль упругости, тем меньше материал деформируется. Так, модуль упругости каучука 10...20 МПа, а стали – 200 000 МПа, это значит, что под действием одной и той же силы деформация стали будет в 10 000 раз меньше, чем каучука при прочих равных условиях.
Модуль упругости для каждого образца подсчитывают по данным шести замеров по формуле:
, (10)
где Р – приращение нагрузки, кг;
l – база тензометра, см;
l – среднее арифметическое приращение деформаций, см;
F – площадь поперечного образца, см.
Предел прочности при сжатии определяется по формуле:
, (11)
где А — площадь поперечного сечения образца, м2.
Предел прочности при одноосном изгибе определяется по формуле:
, (12)
где Р – разрушающая нагрузка, кг;
l – расстояние между опорами, см;
в, h – толщина и ширина образцов, см.
За конечный результат принимается среднее значение из результатов испытания 3-х образцов.
Предел прочности при двухосном изгибе определяется по формуле:
(13)
Выполнение задания
При испытании на сжатие образца-кубика диорита со стороной а =7 см максимальное давление по манометру гидравлического пресса оказалось равным 115 атм. Диаметр поршня пресса d = 399 мм. Определить разрушающее усилие Рразр при раздавливании образца и предел прочности (временное сопротивление) на сжатие Rсж материала образца. В расчетах учесть, что часть усилия P1 = 480 кг приходится на преодоление вредных сопротивлений при ненагруженном поршне пресса, а другая часть усилий Р2 = 10 р расходуется на преодоление вредных сопротивлений при сжатии образца, т. е. при нагруженном поршне, и она прямо пропорциональна давлению в цилиндре пресса.
Решение
Ответ: ,
Задание №3
Теоретическое обоснование
Определение физико-механических свойств древесины
Определение условного предела прочности при сжатии
поперек волокон
Нагрузку Р, соответствующую условному пределу прочности, определяют по диаграмме сжатия (рисунок 1) поперек волокон как ординату точки, в которой отступление от линейной зависимости между нагрузкой и деформацией достигает такой величины, что тангенс угла, образованного осью нагрузок и касательной к графику , увеличивается на 50% своего значения, соответствующего прямолинейному участку графика.
Рисунок 1 – Диаграмма сжатия древесины поперек волокон
Условный предел прочности образца с влажностью W в момент испытания вычисляют с округлением до 0,1 МПа по формуле:
, (14)
где P – нагрузка, соответствующая условному пределу прочности, Н;
b и l – ширина и длина образца, мм.
Условный предел прочности образца с нормализованной влажностью пересчитывают к влажности 12% с округлением до 0,1 МПа по формуле
, (15)
где – условный предел прочности образца с влажностью W в момент испытания, МПа;
– поправочный коэффициент, равный 0,035;
W – влажность образца в момент испытания, %.
Условный предел прочности образца с влажностью, равной или больше предела гигроскопичности, пересчитывают к влажности 12% с округлением до 0,1 МПа по формуле:
, (16)
где – условный предел прочности образца с влажностью W в момент испытания, МПа;
К12 – пересчетный коэффициент при влажности 30%, равный: 1,67 – для лиственных пород при обоих направлениях сжатия и для хвойных пород при радиальном сжатии; 2,45 – для хвойных пород при тангентальном сжатии.