Испытание на кручение образцов из различных материалов

Цель работы:

- изучение характера и причин разрушения при кручении круглых образцов из различных материалов.

1. Описание работы

Действие крутящего момента вызывает в поперечном сечении образца касательные напряжения . В силу закона парности касательных напряжений в продольны сечениях, проходящих через ось вала, возникают такие же по величине касательные напряжения (рисунок 1). При этом в элементе материала, мысленно выделенном из наружных слоев бруса сечениями, параллельными и перпендикулярными к образующим, по граням будут действовать только касательные напряжения, т.е. элемент будет находиться в условиях деформации чистого сдвига. В любом наклонном сечении выделенного элемента будут действовать нормальные касательные напряжения. Наибольшие нормальные напряжения действуют на главных площадках, которые, как известно, наклонены под углом 45⁰ к образующей. Из теории чистого сдвига известно, что главные напряжения по абсолютной величине равны между собой и равны касательным напряжениям, т.е.

₁ = ₃ =   ( 1 )

Таким образом, при кручении круглых брусьев опасными могут быть как касательные напряжения, возникающие в поперечных и продольных сечениях вала, так и нормальные напряжения, возникающие на площадках под углом 45⁰ к первым. В связи с этим характер разрушения вала будет зависеть от способности материала сопротивляться действию касательных и нормальных напряжений.

Так, например, стальной вал разрушится по поперечному сечению, т.к. сталь плохо сопротивляется сдвигу - действию касательных напряжений, которые возникают как в продольном, так и в поперечном сечениях, а в поперечном сечении площадь сечения значительно меньше площади продольного сечения вала (рисунок 2 а ).

В случае кручения деревянных валов с продольным расположением волокон (рисунок 2 в) трещины разрушения ориентированы вдоль образующей, поскольку древесина плохо сопротивляется действию касательных напряжений вдоль волокон.

Хрупкий материал, например, чугун плохо сопротивляется растягивающим напряжением, поэтому трещины разрушения при кручении пройдут по линиям, нормальным к действию главных растягивающих напряжений (рисунок 2 б), т.е. по винтовой поверхности, касательные к которой образуют угол 45⁰ с осью бруса.

Для проведения работы изготавливаются образцы в виде цилиндрических стержней диаметром до 10 мм из мягкой стали, чугуна или дерева. Испытания проводятся на испытательной машине типа КМ-50.

2. Порядок проведения и обработка результатов

испытаний

2.1. Ознакомиться с устройством испытательной машины КМ-50. Измерить размеры предложенных для испытания образцов.

2.2. Лаборант поочередно закрепляет образцы в захватах машины и мелом проводит образующую.

2.3. Один из студентов с помощью ручного привода закручивает образец и доводит его до разрушения.

2.4. После разрушения образец вынимается из захватов машины и анализируется характер его разрушения. По счетчику оборотов можно определить качественно угол закручивания образца при разрушении.

2.5. Эскизы образцов после разрушения изображаются в журнале испытаний и делаются выводы о причине разрушения предложенных для испытания образцов.

3. Журнал испытаний