Порядок выполнения и обработка результатов

Сборник лабораторных работ

Методические указания по дисциплинам

«Сопротивление материалов» и «Инженерная механика»

Шымкент, 2013

Министерство образования и науки Республики Казахстан

южно-казахстанский государственный университет

им. м.ауезова

Кафедра «Механика»

Арапов Батырбек Рахметович

Айнабеков Алпысбай Иманкулович

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным занятиям по дисциплине

«Сопротивление материалов» и «Инженерная механика»

для студентов специальностей В5070800, В5071200, В5072400, В5072900

Форма обучения: дневная и заочно – дистанционная

Шымкент – 2013г

УДК 620.10

Составители: Арапов Батырбек Рахметович, Айнабеков Алпысбай Иманкулович. Сборник лабораторных работ. Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплинам «Сопротивление материалов» и «Инженерная механика». - Шымкент: ЮКГУ им. М.Ауезова, 2013, 38 с.

Методические указания составлены в соответствии с требованиями учебного плана и программой дисциплин «Сопротивление материалов» и «Инженерная механика» и включает все необходимые сведения по выполнению лабораторных работ курса.

Методические указания предназначены для студентов специальностей В5070800 – Нефтегазовое дело, В5071200 – Машиностроение, В5072400 – Технологические машины и оборудования, В5072900 – Строительство

Лабораторные работы включенные в методические указания содержат краткоую информацию по теории и подробное описание содержания, методику проведения и обработки результатов работы.

Рецензенты: М.Д.Шыныбаев – д.ф.-м.н., профессор, Южно-Казахстанского

государственного педагогического института.

У.С.Сулейменов – д.т.н., профессор, Южно-Казахстанского

государственного университета им. М.Ауезова.

Рассмотрено и рекомендовано к печати заседанием кафедры «Механика»

(протокол № __ от «___» _______ 2013 г.) и

методической комиссией факультета «Механика и нефтегазовое дело»

(протокол № ___от «__» _____2013 г.)

Рекомендовано к изданию Методическим советом ЮКГУ им. М.Ауезова, протокол № ___ от «____» ______________ 2013 г.

© Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова, 2013г.

Ответственный за выпуск Арапов Б.Р.

‎ Лабораторная работа № 1

Испытание на растяжение образцов из малоуглеродистой стали

Цель работы – изучение поведения малоуглеродистой стали при растяжении и определение ее механических характеристик.

Основные сведения

Испытания на растяжение являются основным и наиболее распространенным методом лабораторного исследования и контроля механических свойств материалов. Эти испытания проводятся на заводе производителе для сертифицирования и на производстве для установления марки поставленной заводом стали или для разрешения конфликтов при расследовании аварий. В таких случаях, кроме металлографических исследований, определяются главные механические характеристики на образцах, взятых из зоны разрушения конструкции. Образцы изготавливаются по ГОСТ 1497-84 и могут иметь различные размеры и форму. На рисунке 1.1 показан цилиндрический десятикратный образец с резьбовой головкой, предназначенный для испытания на разрыв растяжением. Резьбовые головки служат для установления в захватах испытательной машины.

Рисунок – 1 Образцы для испытания на растяжение

Между расчетной длиной образца lо и размерами поперечного сечения Ао (или dо для круглых образцов) выдерживается определенное соотношение:

- у длинных образцов

- у коротких образцов

В испытательных машинах усилие создается либо вручную - механическим приводом, либо гидравлическим приводом, что присуще машинам с большей мощностью.

В данной работе используется универсальная испытательная машина ГРМ -1А с гидравлическим приводом и максимальным усилием 500 кН, либо учебная универсальная испытательная машина УМ-5 максимальным усилием до 50 кН.

Порядок выполнения и обработка результатов

Образец, устанавливаемый в захватах машины, после включения насоса, создающего давление в рабочем цилиндре, будет испытывать деформацию растяжения. В измерительном блоке машины имеется шкала с рабочей стрелкой, по которой мы наблюдаем рост передаваемого усилия F.

Соответствующие деформации Δl можно наблюдать по линейке на раме машины и стрелке, закрепленной на подвижной траверсе. Эти же данные дублируются на миллиметровке диаграммного аппарата в осях F - Δl и записывается в виде графика, которая называется диаграммой растяжения образца (рисунок 2).

Рисунок – 2 Диаграммой растяжения образца из малоуглеродистой стали

В начале нагружения деформация линейно зависит от силы, поэтому участок ОА диаграммы называют участком пропорциональности. После точки В начинается так называемый участок текучести ВС.

На этой стадии стрелка силоизмерителя как бы приостанавливается, от точки В на диаграмме вычерчивается либо прямая, параллельная горизонтальной оси, либо слегка извилистая линия - деформации растут без увеличения нагрузки. Происходит перестройка структуры материала, устраняются нерегулярности в атомных решетках.

Далее самописец рисует участок самоупрочнения (деформационное упрочнение) участок СЕ. При дальнейшем увеличении нагрузки в образце происходят необратимые, большие деформации, в основном концентрирующиеся в зоне с макронарушениями в структуре материала – там образуется местное сужение так называемая "шейка".

На участке Еf фиксируется максимальная нагрузка, затем идет снижение усилия, ибо в зоне "шейки" сечение резко уменьшается, далее образец разрывается.

При нагружении на участке ОА в образце возникают только упругие деформации, при дальнейшем нагружении появляются и пластические - остаточные деформации.

Если в стадии самоупрочнения начать разгружать образец (например, от т. D), то самописец будет вычерчивать прямую СО₁. На диаграмме фиксируются как упругие деформации Δlупр (О₁О₂), так и остаточные Δlост (ОО₁). При дальнейшем нагружении образец будет обладать иными характеристиками, то есть усилие соответствующее упругой деформации увеличивается.

Так, при новом нагружении этого образца будет вычерчиваться диаграмма О₁DЕf, и практически это будет уже другой материал. Эту операцию (наклеп) широко используют, например, в арматурных цехах для улучшения свойств проволоки или арматурных стержней.

Диаграмма растяжения (рисунок 2) характеризует поведение конкретного образца, но отнюдь не обобщенные свойства материала. Для получения характеристик материала строится условная диаграмма напряжений, на которой откладываются относительные величины – напряжения σ=F/A₀ и относительные деформации ε=Δl/l₀ (рисунок 3), где А₀, l₀ – начальные параметры образца, площадь сечения и длина.

Рисунок - 3 Условная диаграмма напряжений (диаграмма деформирования) при растяжении

Условная диаграмма напряжений при растяжении позволяет определить следующие характеристики материала (рис. 3):

σ_пц – предел пропорциональности – напряжение, превышение которого приводит к отклонению от закона Гука.

,

где:

- максимальное усилие, соответствующее участку ОА;

- масштаб усилия.

После наклепа σ_пц может быть увеличен на 50-80%;

σ_у – предел упругости – напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,05%. Напряжение σ_у очень близко к σ_пц и обнаруживается при более тонких испытаниях. В данной работе σ_у не устанавливается;

σ_т – предел текучести – напряжение, при котором происходит рост деформаций при приблизительно постоянной нагрузке.

,

где:

- усилие, соответствующее участку текучести В.

Иногда явной площадки текучести на диаграмме не наблюдается, тогда определяется условный предел текучести, при котором остаточные деформации составляют ≈0,2%.

σ_в – предел прочности – максимальное напряжение, соответствующее точке Е на диаграмме напряжения

.

Определяются также характеристики пластичности – относительное остаточное удлинение

δ = (l₁ – l₀)100% / l₀,

где l₁ – расчетная длина образца после разрыва.

Относительное остаточное сужение поперечного сечения

ψ = (А₀ - Аш) 100% / А₀.

где А₀ – первоначальная площадь поперечного сечения образца до разрыва.

По диаграмме напряжений можно приближенно определить модуль упругости первого рода (модуль Юнга)

E=σ_пц/ε=tgα,

По полученным прочностным и деформационным характеристикам и справочным таблицам делается вывод по испытуемому материалу о соответствующей марке стали

Контрольные вопросы

1. Изобразите диаграмму растяжения образца из малоуглеродистой стали (Ст.3). Покажите полные, упругие и остаточные абсолютные деформации при нагружении силой, большей, чем Fт.

2. На каком участке образца происходят основные деформации удлинения? Как это наблюдается на образце? Какие нагрузки фиксируются в этот момент?

3. Объясните, почему после образования шейки дальнейшее растяжение происходит при все уменьшающейся нагрузке?

4. Перечислите механические характеристики, определяемые в результате испытаний материала на растяжение. Укажите характеристики прочности и пластичности.

5. Дайте определение предела пропорциональности.

6. Дайте определение предела упругости.

7. Дайте определение предела текучести.

8. Дайте определение предела прочности.

9. Как определить предел текучести при отсутствии площадки текучести? Покажите, как это сделать, по конкретной диаграмме.

10. Какие деформации называются упругими, какие остаточными? Укажите их на полученной в лабораторной работе диаграмме растяжения стали.

11. Как определяется остаточная деформация после разрушения образца?

12. Выделите на диаграмме растяжения образца из мягкой стали упругую часть его полного удлинения для момента действия максимальной силы.

13. Какое явление называется наклепом? До какого предела можно довести предел пропорциональности материалов с помощью наклепа?

14. Как определить марку стали и допускаемые напряжения для нее после проведения лабораторных испытаний?

15. Чем отличается диаграмма истинных напряжений при растяжении от условной диаграммы?

16. Можно ли определить модуль упругости материала по диаграмме напряжений?

Лабораторная работа № 2

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: