Лабораторная работа №8

ИСПЫТАНИЕ СТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА НА УДАРНУЮ ВЯЗКОСТЬ

Цель работы: Ознакомление с методикой определения ударной вязкости.

Оборудование, приборы и материалы:

Маятниковый копёр МК-30 с максимальной энергией удара А=30 кг·м (рисунки 9, 45).

Цена деления с = 0,3 кг·м

Рисунок 49 – Эскиз стандартного образца для испытания на ударную вязкость

A₁ =

A₂ =

A= A₁ – A₂ =

Рисунок 50 – Схема маятникового копра МК - 30

Ударная вязкость а характеризует сопротивляемость материалов ударным нагрузкам. Она равна отношению работы , затраченной на разрушение образца, к площади поперечного сечения в месте надреза .

Данные опыта:

а =

а)	б)
	в)

Рисунок 51

a) Плоское напряжённое состояние в вершине надреза.

б) Эскиз образца с изломом после испытания

в) Эскиз образца после испытания (удар производился со стороны надреза)

В вершине надреза образуется двухосное напряжённое состояние, близкое к равномерному растяжению, при этом максимальное касательное напряжение равно примерно нулю.

Поскольку за развитие нелинейных пластических деформаций ответственны касательные напряжения, то в вершине надреза материал ведёт себя хрупко.

Ударная вязкость для ответственных конструкций нормируется [32]. Для котельной стали не ниже , для мостовой не ниже . При пониженных температурах металлы проявляют свойства хладоломкости, а ударная вязкость резко снижается, поэтому в конструкциях и машинах северного исполнения применяют специальные группы сталей (см. приложение к ЛР№1 [20, п.1.7]).

Значительная концентрация напряжений возникает в сварных швах при нарушении технологии: непровар шва, сварка разнотолщинных листов в стык.

Коэффициент концентрации равен отношению максимальных напряжений в зоне концентратора к средним напряжениям по неослабленному сечению:

а) б)	а) 1
	б)
Рисунок 52 – Сварные швы (стыковой шов листа): a) без разделки кромок, . б) с разделкой кромок, .	Рисунок 53 – Стыковой шов поясов сварного двутавра разной толщины: a) с концентрацией напряжений. б) без концентрации напряжений (с уклоном ).

Выводы

Испытанный образец имеет ударную вязкость при комнатной температуре

а=25 кг*м/ см² .

Лабораторная работа №9

ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ ПРИ СЖАТИИ

ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ПРИЗМАТИЧЕСКОГО СТЕРЖНЯ

Цель работы: Определить экспериментальным путем величины критических сил при сжатии прямолинейных призматических стержней, изготовленных из разных материалов при разных способах их закрепления и сравнить полученные значения с аналогичными величинами, найденными теоретически.

Оборудование, приборы и инструменты:

1. Лабораторная испытательная установка, схематично показанная на рисунке 25;

2. Штангенциркуль c=0,1мм

3. Мерительная линейка c=1мм

Рисунок 54 - Конструктивная схема установки

Характеристика образца из органического стекла:

Рисунок 55 - Восемь форм потери устойчивости центрально-сжатого стержня при различных способах его закрепления

Предельная гибкость для органического стекла:

Свойства органического стекла:

Модуль пропорциональной упругости -

Плотность -

Изгибная прочность -

Коэффициент Пуассона -

Температурный диапазон

Предел прочности

Характеристика образца из сосны:

_{Предел прочности при сжатии}

(см. ЛР №2)

Предельная гибкость для сосны:

Свойства древесины хвойных пород [18]:

Модуль пропорциональной упругости Е (вдоль волокна):

(поперек волокна): 400 МПа

Модуль сдвига G (вдоль волокна): 500 МПа

(поперек волокна): 500 МПа

Коэффициент Пуассона (вдоль волокна): 0,5

(поперек волокна): 0,02

Таблица 24 - Таблица результатов испытаний

Параметры	Формула	Ед. изм.	Оргстекло			Дерево
			Схема1	Схема2	Схема3	Схема1	Схема2
Длина	l	см	100	96,7	100	100	96,7
Радиус инерции		см	0,2482	0,2482	0,2482	0,2367	0,2367
Площадь		см2	4,3	4,3	4,3	2,296	2,296
Коэффициент приведенной длины		ед	1	0,7	0,5	1	0,7
Расчетная длина		см	100	67,69	50	100	67,69
Гибкость		ед	402	273	201	422	286
Предельная гибкость		ед	30	30	30	42	42
Теоретическая критическая сила		кг	8,9	19,4	35,6	12,7	27,7
Теоретическое критическое напряжение		кг/см2	2,1	4,5	8,3	5,5	12,1
Вес груза	Q	кг	3	6	12	6	11
Критическая сила (эксп.)		кг	9	18	36	18	33
Расхождение между значениями критических сил		%	1,1	-7,2	-1,1	42	19

Выводы

1) Экспериментально подтверждаются теоретические формулы Эйлера для гибких стержней (стержней большой гибкости). Погрешность критической силы составляет 7,2% для линейки из органического стекла, 42% для линейки из дерева, что объясняется отсутствием достоверных данных по величине модуля упругости дерева.

2) Экспериментально подтверждаются формы потери устойчивости гибких стержней для трех схем закрепления.

3) Критические напряжения для стержней большой гибкости во много раз меньше предела прочности при сжатии:

Для органического стекла -

Для дерева -

4) Для увеличения коэффициента использования прочностных свойств сжатых стержней целесообразно увеличивать критические напряжения в них путем уменьшения гибкости (обычно ).

5) Существуют эффектные способы снижения гибкости сжатых стержней путем скрепления между собой отдельных ветвей составных сечений – соединительными планками в колоннах и распорками и раскосами в башнях.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Александров А.В. Сопротивление материалов: Учебник для вузов. /А.В. Александров, В.Д. Потапов, Б.П. Державин – М., Высшая школа, 2007.- 560с.

2 Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. Учебник для технических вузов. М., Наука, – 512 с.

3 ГОСТ 1497 – 84 (ИСО 6892 – 84, СТ СЭВ 471 – 88). Металлы. Методы испытаний на растяжение.

4 ГОСТ 9651 – 84 (ИСО 783 – 89). Металлы. Методы испытаний на растяжение при повышенных температурах.

5 ГОСТ 11150 – 84 Металлы. Методы испытаний на растяжение при пониженных температурах.

6 ГОСТ 11701 – 84 Металлы. Методы испытаний на растяжение тонких листов и лент.

7 ГОСТ 52627 – 2006 (ИСО 898 – 1: 1999). Болты, винты и шпильки. Механические свойства и методы испытаний.

8 ГОСТ 52628 – 2006 (ИСО 898 – 2:1992, ИСО 898 – 6:1994). Гайки. Механические свойства и методы испытаний.

9 ГОСТ 9454 Металлы. Методы испытаний на ударную вязкость.

10 ГОСТ 535 – 2005 Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества. Общие технические условия.

11 ГОСТ 19281 – 89 Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия.

12 ГОСТ 24648 – 90 (СТ СЭВ 728 – 88). Чугун для отливок проб и изготовления образцов для механических испытаний.

13 ГОСТ 1412 – 85 (СТ СЭВ 4560 – 84). Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки.

14 ГОСТ 16523 – 97 Прокат тонколистовой из углеродистой стали качественной и обыкновенного качества общего назначения. Технические условия.

15 ГОСТ 12004 – 81 Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение.

16 ГОСТ 5781 – 82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия.

17 СНиП 2 – 23 – 81* Стальные конструкции.

18 СНиП 2 – 25 – 80 Деревянные конструкции.

19 СНиП 2 – 03 – 01 – 84* Бетонные и железобетонные конструкции.

20 Сильман Г.И. Конструкционные стали. Рекомендации по выбору марки стали и вида ее термической или химико-термической обработки для деталей машин и конструкций: Учебное пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. - Брянск: Изд. Брянской государственной инженерно-технологичес­кой академии, 1999. – 70 с.

21 Сильман Г.И. Материаловедение. Учебное пособие для втузов. Часть 2. Метал­ловедение и термическая обработка металлов. Раздел 2. Металлические мате­риалы. - Брянск: Изд-во Брянской государственной инженерно-технологичес­кой академии (БГИТА), 2005. - 97 с.

22 Справочник по сопротивлению материалов. (Винокуров Е.Ф. и др.).– Минск: Наука и техника, 1988. – 464 с.

23 Писаренко Г.С. Справочник по сопротивлению материалов./Г.С. Писаренко и др. – Киев: Наукова думка, 1988.-734с.

24 Дарков А.В. Сопротивление материалов. / А.В. Дарков, Г.С. Шпиро – М.: Высшая Школа, 1989. – 622с.

25 Марочник сталей и сплавов /В.Г.Сорокин, А.В.Волосникова, С.А.Вяткин и др., под общей редакцией В.Г.Сорокина – М.: Машиностроение, 1989 – 640 с.

26 Сенющенков М.А., Кисель Ю.Е. Справочные данные по сопротивлению материалов. МУ для студентов всех специальностей. Брянск, БГИТА, 2006. – 70 с.

27 Кисель Ю. Е. Ударная нагрузка. МУ к выполнению ЛР по сопротивлению материалов для студентов всех специальностей. Брянск, БГИТА, 2006 -12с.

28 Сенющенков М.А., Захаров В.М. Испытание консольной балки на косой изгиб. МУ к выполнению ЛР по сопротивлению материалов для студентов 2 курса всех специальностей. Брянск, БГИТА, 2008 - 8с.

29 Сенющенков М.А. Изгиб с кручением ломаного бруса (плоской рамы) круглого и прямоугольного сечения. МУ к выполнению ЛР по сопротивлению материалов для студентов 2 курса всех специальностей. Брянск, БГИТА, 2002 - 14с.

30 Сенющенков М.А. Испытание двутавровой балки на изгиб. МУ к выполнению ЛР по сопротивлению материалов с элементами научных исследований для студентов 2 курса всех специальностей. Брянск, БГИТА, 2003 - 12с.

31 Сенющенков М.А. Испытание центрально-сжатого стержня средней гибкости на устойчивость. МУ к выполнению ЛР по сопротивлению материалов для студентов 2 курса всех специальностей. Брянск, БГИТА, 2002 - 10с.

32 Сопротивление материалам: лабораторный практикум: учебное пособие для технических вузов (А.С.Вольмир [и др]. – 2-е изд., испр. – М. Дрофа, 2004. – 352 с.)

33 Шенк X. Теория инженерного эксперимента. Пер. с англ, под ред. Н.П.Бусленко. М., Мир, 1972.-381 с.