Литература

1. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. Методы анализа, лабораторные работы, задачи. М.: Металлургия, 1984.

2. Арзамасов Б.И. Материаловедение технология конструкционных материалов. М: Издательский центр «Академия», 2007.

3. Сироткин О.С. Теоретические основы общего материаловедения, Казань КГЭУ, 2007, 348с.

4. Лабораторный практикум по материаловедению. М.: Изд-во МЭИ, 1998.

Лабораторная работа № 6.

ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ НА КРУЧЕНИЕ

Цель работы

Изучить методику определения предела прочности при кручении и исследовать характер разрушения образца.

Рабочее задание

1. Вычислить условный предел прочности при кручении;

2. Построить диаграммы кручения образцов;

3. По характеру поломки образца определить причину разрушения (имел ли место при разрушении сдвиг или отрыв материала) т.е. выявить, какие напряжения для данного материала опасны.

Оборудование и материалы

Виртуальный лабораторный комплекс, испытательная машина КМ-50-1.

Проведение испытания

Последовательность действий следующая:

1. Взять образец со стола.

2. Установить образец в испытательную машину. Взять образец в руки, применить его к любому кулачку КМ-50-1, образец должен исчезнуть. Далее (рис. 6.1) нужно ручку захвата (1) повернуть по часовой стрелке на 30°, при этом вращении плашка (2) будет совершать движение от вас, а плашка (3) движение к вам. В результате этого движения расстояние между плашками (2) и (3) несколько увеличится. В таком положении захватов между кулачками появляется образец, и ручка (1) совершает движение против часовой стрелки. Плашки сходятся и образец зажимается.

3. Включить КМ-50-1. Повернуть тумблер (2) (рис. 6.2) в положение «вкл».

Рис. 6.1. Работа захвата

Рис. 6.2. Пульт управления и индикаторные приборы.

4. Нажать кнопку «ПУСК» (1). Образец начнет закручиваться. На шкале отобразится напряжение.

Одна стрелка связана с процессом и показывает данные процесса, а вторая стрелка приводится в движение первой. Смысл второй стрелки - показать максимальное зафиксированное значение, то есть когда первая шкала укажет максимум, а потом пойдет на понижение, вторая шкала останется на максимуме. Ручное управление второй стрелкой осуществляется при помощи рукоятки в центре.

Из отверстия динамографа начнет выходить диаграмма (рис 6.3).

Рис. 6.3. Пример диаграммы зависимости угла закручивания от прилагаемого момента.

5. После проведения опыта образец разрывается. КМ-50-1 автоматически выключается. Необходимо извлечь сломанный образец и положить его на стол.

6. Извлечь диаграмму процесса. Диаграмму положить на стол и увеличить (клик левой клавишей мыши).

7. Установить шкалы и пассивную стрелку на ноль.

8. По соответствующим шкалам последовательно зафиксировать угол закручивания  и соответствующее ему значение крутящего момента Мк вплоть до разрушения образца.

9. По полученным значениям построить диаграмму кручения образца.

Обработка результатов, их обобщение и выводы

Полученные результаты следует обрабатывать следующим образом:

1.Зарисовать исследуемые образцы до и после механических испытаний, показывая изменение соответствующих параметров надлежащими формулами.

2. Вычислить условный предел прочности при кручении для чугунного и деревянного образцов по формуле (4.1):

(4.1)

где τ_в – предел прочности при кручении; М_мах– разрушающий момент; 

W_p – полярный момент сопротивления, вычисленный по диаметру образца до испытания по формуле (4.2):

(4.2)

Для стального образца применяется следующая формула:

где W_пл – пластический момент сопротивления, вычисляемый по формуле:

Для стального образца используется формула (4.1), потому что этот вид образца разрушается при получении больших пластических деформаций.

А т.к. , то для стального образца можно использовать формулу (4.3):

(4.3)

3. По величине угла закручивания, при котором произошло разрушение образца, определить пластичность материала.

Для вала круглого поперечного сечения угол закручивания определяется по формуле:

где - расчетная длина образца, G - модуль сдвига;

- полярный момент инерции поперечного сечения образца.

При кручении длина L и диаметр d образца в пределах упругих деформаций остаются неизменными. Величина модуля сдвига может быть определена из закона Гука, если в пределах пропорциональности для заданного приращения крутящего момента ∆M_кр на образце будут измерены приращения угла закручивания:

4. Заполнить журнал испытаний:

Результаты испытаний образца

По значению величин нагрузки (из первой колонки таблицы) и соответствующему этой нагрузке значению суммы приращений угла закручивания строится график диаграммы кручения в координатах , по которому просматривается линейность зависимости между и .

Для среднего приращения момента (ступени нагружения) определяется среднее приращение угла закручивания по формуле:

(4.4)

где n - число ступеней нагружения.