РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

По дисциплине: _Материаловедение._Технология_конструкционных_материалов_

_______________________________________________________________________

На тему ________________________________________________________________

(наименование темы)

_______________________________________________________________________

Отметка о зачете______________________________ ________________

(дата)

Руководитель практикума ____________ ____________ ____Е.В._Дьякова__

(должность) (подпись) (и., о., фамилия)

Архангельск

ЛИСТ ЗАМЕЧАНИЙ

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1…………………………………………….

2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2…………………………………………….

3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3…………………………………………….

4 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КАРТОНА ЛАЙНЕР АЦБК 2004г. И 2005г........................................................................................... ..

5 МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ.............................................................. .

6 ЗАДАЧА.................................................................................................................... .

7 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………

1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Испытание материалов на растяжение.

Цель работы — получить информацию о механических свойствах материала.

1.1 Оборудование.

Лабораторный испытательный комплекс ,включающий вертикальную разрывную машину ИП 5158-0,5Б и ПЭВМ.

1.2 Подготовка к испытанию.

Для испытаний нарезают образцы шириной (15±0,1) мм. Испытывают 5 образцов во взаимно перпендикулярных направлениях (для целлюлозно-волокнистых материалов машинное и поперечное направление). Предварительно измерить толщину образца в трех точках.

1.3 Проведение испытания.

1. Включить разрывную машину, запустить программу KOMPLEX;

2. Ввести данные, создать файл для записи данных;

3. Вставить образец в зажимы разрывной машины;

4. Нажать кнопку «ИСП» на клавиатуре разрывной машины;

5. Проверить правильность испытаний: произошло ли разрушение образца на части так, чтобы линия разрыва была расположена на расстоянии более 10 мм от зажимов;

6. На ЭВМ нажать кнопку «ИСПЫТАТЬ».Появится окно «Передайте данные»;

7. Передать данные с разрывной машины на ЭВМ кнопкой «8», затем « ‌‌‌‌»;

8. На ЭВМ в окне «Испытание образца №1» просмотреть данные по испытанному образцу и нажать кнопку «ОК». В главном окне появится график «нагрузка-удлинение» (P - ∆l) для испытанного образца;

9. Сохранить данные в файле, для чего в главном окне программы на ЭВМ нажать кнопку «ЗАПИСАТЬ»;

10. Для расчетов разрывной длины часть образца, участвующая в испытании, взвешивается, масса образца (мг), заносится в окно.

Таблица 1 – Измеренная толщина для двух направлений

Расчетные данные прилагаются.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Испытание материалов на изгиб.

Цель работы: измерить силу, приложенную к свободному концу консольно закреплённого образца на постоянном расстоянии от линии закрепления, изгибающую его на определённый угол.

Оборудование для испытаний.

Прибор Бюхеля 116-BD – предназначен для исследования эластичных материалов, металлических листовых материалов, а также тел, имеющих в сечении круг при максимальной нагрузке не более 1000 кН.

Подготовка к испытанию.

Вырезают образцы в двух взаимно перпендикулярных направлениях шириной (38,0+0,2) мм и длиной 90 мм. Количество образцов одной серии – 5 шт. Измеряют толщину образцов в двух точках по двум направлениям. Результаты измерений заносят в таблицу 1.

Таблица 1 – Толщина образцов

Расчётные данные прилагаются.

3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Определение вязкости разрушения

3.1 Аппаратура для проведения испытания

Разрывная машина, снабжённая зажимами, позволяющими испы­тывать образцы шириной 15 и 50 мм.

Пластины, предотвращающие изгиб образца, сохраняют плос­кую поверхность надрезанных испытуемых образцов в процессе испыта­ния. Пластины имеют две параллельные и гладкие поверхности с низким трением и охватывают длину 30 мм и всю ширину в центре испытуемого образца.

Компьютер –– используется для выполнения расчетов.

3.2 Подготовка к проведению испытания.

Для определения трещиностойкости бумаги и картона, проводятся две серии испытаний на растяжение с постоянной скоростью на разрывной машине ИП5158-0,5Б (см. выше) при скорости растяжения 100 мм/мин, и расстоянии между зажимами разрывной машины 100 мм. В первой серии испытываются образцы, шириной 15 мм, во второй - образцы, шириной 50 мм, с надрезом в центре, длиной 20 мм перпендику­лярно продольной оси образца. Данные, полученные при этих испытаниях, записываются в файлы, которые используются при проведении расчетов на трещиностойкость. Расчеты производятся на компьютере по специально разработанной программе J-INTEGRAL. По результатам испытаний устанавливается связь между величиной j-интеграла и удлинением. По экспериментальным данным испытаний на трещиностойкость определяется критическое удлинение. По значе­нию критического удлинения определяется критическая величина j-интеграла, которая является характеристикой трещиностойкости.

3.3 Проведение испытания

Испытание на растяжение. Целью испытания на растяжение является построение типичной средней кривой нагрузка-удлинение, по которой рассчитываются параметры материала. Испытываются образцы материала, шириной 15 мм, вырезанные в машинном (MD) и поперечном машинному (CD) направлениях, или из лабораторных отливок.

Испытание на трещиностойкость. Перед испытанием на образец с надрезом устанавливают пластины, предотвращающие изгиб образца. Испытания проводят до получения не менее 5 удовлетворительно сходящихся результатов для образцов в машинном (MD), в поперечном машинному (CD) направлениях.

Расчетные данные прилагаются.

1 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КАРТОНА ЛАЙНЕР АЦБК 2004г. И 2005г.

1.1 Задание

а) рассчитать основные структурно-размерные характеристики исследуемых материалов;

б) преобразовать кривую зависимости Р – Δl в интегральную зависимость σ – ε;

в) исходя из кривых зависимости σ – ε рассчитать деформационные и прочностные характеристики исследуемых материалов;

г) произвести статистическую обработку результатов вычисления;

д) дать сравнительную характеристику исследуемых материалов.

1.2 Преобразование диаграмм Р – Δl в интегральную зависимость σ – ε

Исходные данные для расчета:

а) материал:

Картон лайнер, масса 150 г/м², направление испытания – машинное, АЦБК 2004г.;

Картон лайнер, масса 150 г/м², направление испытания – машинное, АЦБК 2004г.;

б) размер образцов: ширина (b) 15 мм; активная длина (l₀) 100 мм.

в) структурно-размерные показатели образцов (таблица 6)

1.3 Расчет для бумаги обоих производителей.

Таблица 1 – Структурно-размерные характеристики образцов (АЦБК 2004г.)

Таблица 2 - Структурно-размерные характеристики образцов (АЦБК 2005г.)

4) результаты испытания на растяжение (таблицы 3 – 4)

Таблица 3 - Значения нагрузки Р и удлинения Δl (АЦБК 2004г.)

Таблица 4 - Значения нагрузки Р и удлинения Δl (АЦБК 2005г.)

Для преобразования индикаторной диаграммы Р – Δl в интегральную зависимость σ – ε используют следующие уравнения:

; (7)

%, (8)

где σ – напряжение, Па

ε – деформация, %

Р_i – текущая нагрузка, Н;

δ_ср– средняя толщина образца, м;

b – ширина образца, м;

Δl_i – текущее удлинение образца, мм;

l₀ – длина образца до испытания, мм.

Результаты расчета сводят в табл. 5-6, по полученным данным строят графики (рисунки 1, 2)

Таблица 5 – Текущие значения напряжений и деформаций для картона лайнер 2004г.

Далее строим график зависимости «напряжение – деформация» для 5 параллельных определений серии образцов материала

Рисунок 1 – Зависимость «напряжение – деформация» для 5 параллельных

определений серии образцов материала (АЦБК 2004г.)

Аналогичные действия проводим также относительно картона лайнер 2005г.

Таблица 6 - Текущие значения напряжения и деформации для картона лайнер 2005г.

Рисунок 2 – Зависимость «напряжение – деформация» для 5 параллельных определений серии образцов материала (АЦБК 2005г.)

Далее выполним статистическую обработку полученных результатов. В данном случае задачами статистической обработки являются:

расчет и построение средней кривой зависимости σ – ε;

обработка средней кривой и расчет средних значений характеристик деформации и прочности в ключевых точках кривой;

расчет таких статистических показателей, как среднее квадратическое отклонение и коэффициент вариации.

Расчет средней кривойначинают с перевода абсолютных величин текущих значений напряжений и деформаций в относительные.

Величины разрушающего напряжения и деформации принимают за 100 %. После чего абсолютные значения текущих характеристик, представленных в табл.4-5, пересчитывают в относительные по уравнениям:

σ_iотн ; (9)

ε_iотн , (10)

где σ_р, ε_р- разрушающее напряжение и деформация соответственно;

σ_i, ε_i - текущее напряжение и деформация соответственно.

В результате таких расчетов получают ряд относительных значений длякаждого образца, которые для удобства сводят в таблицы 7-8.

Таблица 7 – Относительные величины текущих значений кривой σ–ε для материала (АЦБК 2004г.)

Таблица 8 – Относительные величины текущих значений кривой σ–ε для материала(АЦБК 2005г.)

Следующий шаг – усреднение относительных текущих значений в каждой точке. Это дает ряд относительных текущих значений, характеризующих среднюю кривую (таблицы 9-10).

Таблица 9 – Усредненные относительные величины текущих значений материала(АЦБК 2004г.)

Таблица 10 – Усредненные относительные величины текущих значений материала(АЦБК 2005г.)

Разрушающие значения напряжения и деформации усредняют по абсолютным значениям. Таким образом, для исследуемого картона лайнер 2004г. имеем:

σ_{ср.разр.}=20,95 МПа;

ε_{ср.разр}=2,05%.

Для 2005г.:

σ_{ср.разр.}=19,05 МПа;

ε_{ср.разр}=2,00%.

Далее производят пересчет относительных значений в абсолютные:

σ_ср.= σ_{ср.отн·} σ_{ср.разр} (11)

ε_ср.= ε_{ср.отн·} ε_{ср.разр} (12)

По полученным данным (таблицы 11-12) строят среднюю кривую σ-ε (рисунки 3–4)

Таблица 11 – Расчетные значения средних кривых σ – ε (АЦБК 2004г.)

Таблица 12 – Расчетные значения средних кривых σ – ε (АЦБК 2005г.)

Обработка зависимости σ – ε и расчет деформационных и прочностных характеристик

Обработку кривой проводят по следующему алгоритму:

Построить касательную к первоначальному прямолинейному участку кривой.

Отметить т. 1, где касательная линия и кривая зависимости σ – ε начинают расходится.

Построить касательную к конечному прямолинейному участку кривой и отметить т. В, где касательная линия и кривая зависимости σ – ε начинают расходится.

Из точек 1 и В опустить перпендикуляры на ось Х и выделить три зоны деформирования материала.

Рисунок 3 – Обработка средней кривой материала №1(АЦБК 2004г.)

I – упругая зона; II – замедленно-упругая зона; III – зона предразрушения; Э – точка, усреднено характеризующая замедленно-упругую зону; П – точка, характеризующая появление пластической деформации

Рисунок 4 – Обработка средней кривой материала №2(АЦБК 2005г.)

I – упругая зона; II – замедленно-упругая зона; III – зона предразрушения; Э – точка, усреднено характеризующая замедленно-упругую зону; П – точка, характеризующая появление пластической деформации

Из точки пересечения касательных опустить перпендикуляры на кривую по осям Х и Y, отметив на кривой соответствующие точки Э и П.

В результате обработки средней кривой появляется возможность оценить все основные характеристики упругости и прочности материала в разных зонах деформации. Однако ограничимся только некоторыми из них: рассчитаем разрывную длину материала L и модуль упругости в зоне упругих деформаций Е₁:

; (13)

где Р – усредненная разрушающая нагрузка, Н;

l₀ – начальная длина образца перед испытанием, м;

m – усредненная масса образцов, г.

, (14)

где σ₁, ε₁ – значения напряжения и относительного удлинения соответственно, отвечающие точке 1 на рисунке 3 или 4 в зависимости от производителя материала

Для картона лайнер 2004г.:

м ; МПа.

Для картона лайнер 2005г.:

м ; МПа.

Вывод: разрывная длина картона лайнер 2004г. больше, чем у такого же картона 2005г., значит картон АЦБК 2004г. по этой характеристике лучше 2005г.. Модуль упругости картона лайнер 2004г. и 2005г. совпадают.

2 МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Вариант 13

КЧ 70-12 – ковкий чугун, характеризующийся пределом прочности при растяжении 70∙10^-1 МПа и относительном удлинении 12 %;

СТ 3 – сталь углеродистая, обыкновенного качества, конструкционная, условный номер 3;

БрО3С12Л – бронза, литейная, оловянная, содержащая в среднем 3% олова, 25 % свинца и 1% латуни;

АД 12 – порядковый номер алюминиевого деформируемого сплава-12;

Л 70 – обрабатываемая давлением латунь, содержащая в среднем 70% меди;

АМц 12 – сплав для сварных конструкций алюминиево-марганцевый с порядковым номером 12;

Сталь 12Х25Н16Г7Р – легированная, конструкционная, быстрорежущая, содержащая 1,2% углерода,25 % хрома, 16% никеля, 7% марганца;

БрА9Мц2Л – бронза, литейная, безоловянная, содержащая в среднем 9% алюминия, 2% марганца;

Сталь У12А – инструментальная, углеродистая, содержащая в среднем 1,2% углерода;

ВЧ 50 – высокопрочный чугун, характеризующийся пределом прочности при растяжении 50∙10^-1 МПа.

3 ЗАДАЧА

Рассчитать предел прочности алюминиевого образца на растяжение, если при испытании образца диаметром 10 мм получили нагрузку 650 кгс. Расчеты произвести в системе СИ.

Решение:

(15)

где σ_Т – предел прочности;

P_раст – нагрузка, Н;

F₀ – начальная площадь образца, м².

= 0,0785∙10³ м²

Переведем значение растягивающей нагрузки Р_раст в единицы СИ

Р_раст= 650 ∙ 9,81= 6376,5 Н ,

σ_Т = 6376,5 / 0,0785∙10³ = 81,23.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Сысоева, Н.В. Материаловедение. Технология конструкционных материалов [Текст]: учеб. пособие / Н.В.Сысоева, В.И.Комаров; под ред. проф. В.И.Комарова. – Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2006. – 168с.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: