методичка 1. На рис показана схема расположения тензометров на прямоугольном образце
 Скачать 92.6 Kb.
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 и №5СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ СЖАТИЯ ОБРАЗЦОВ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВЦель работы. Изучение свойств пластичных и хрупких, изотропных и анизотропных материалов при испытаниях на сжатие. Опытное определение механических характеристик при сжатии особенно необходимо для тех материалов, которые обладают низким сопротивлением отрыву и на практике используются в основном для сжатых элементов (чугун, кирпич, бетон). Основные понятия. По сравнению с испытаниями на растяжение испытание материалов на сжатие имеет следующие особенности: - пластичные материалы при сжатии не разрушаются, давая весьма большие деформации(сплющиваются); - сопротивление материала сжатию зависит от отношения образца; - на результаты испытаний в значительной степени влияет трение на торцах образца. Образцы для испытания. В соответствии с ГОСТом образцы для испытания на сжатие стали и чугуна применяются цилиндрической формы с отношением размеров 1 ≤ h/d ≤ 2. При значении h/d > 2 даже при незначительной внецентренности приложения сжимающей нагрузки образцы изгибаются и результаты опыта искажаются, а при h/d < 1 трение на торцах также сильно искажает результаты испытаний. Для испытания дерева и бетона образцы изготавливаются в форме кубиков. Испытательные машины. Испытание на сжатие стальных и чугунных образцов можно производить на любом прессе или универсальной испытательной машине, имеющих автоматическое устройство для записи диаграммы, например ИМЧ-30. Испытание дерева можно производить на машине ИМ-4А (работа №2), предоставляющей возможность получить диаграмму сжатия в большом масштабе. Универсальная гидравлическая машина ИМЧ-30 состоит из 3-х независимых узлов: нагружающее устройство, силоизмерительный механизм, насос. Кинематическая схема ее приведена на рис.9. Нагружающее устройство представляет собой жесткую раму с двумя колоннами, смонтированными на станине. Верхняя часть изготовлена заодно с рабочим цилиндром 1. В рабочем цилиндре перемещается поршень 2 под действием масла, подаваемого от насоса. На поршень опирается верхняя поперечина 3, связанная двумя тягами с нижней поперечиной 4 и являющейся нижней опорой при испытаниях на сжатие, изгиб; она также несет захват 5 для установки образцов на растяжение. Расстояние между захватами 5 регулируется отдельным электродвигателем с червячной парой 6, установленным в нижней части машины. Силоизмеритель маятникового типа приводится в действие давлением масла, поступающего в малый цилиндр из рабочего цилиндра 1 и оказывающего давление на поршенек 8. Усилие передается маятнику (противовесу) 9, отклонение которого пропорционально давлению масла в рабочем цилиндре или усилию, развиваемому машиной. Отклонение маятника передается рейке 10 и заставляет поворачиваться шестеренку 11 со стрелкой. Гайка связана с самописцем, вычерчивающим на барабане график усилия. Поворот барабана пропорционален перемещению поперечины 4, связанной шнурком с барабаном, а значит и деформации образца. Маятник 9 имеет сменные грузы, что позволяет получить 3 диапазона нагрузок. Скорость деформации зависит от степени открытия вентиля масляного насоса. Порядок выполнения работы. а) Испытание стали и чугуна Рис.9 Для испытания стали и чугуна используются цилиндрические образцы диаметром d=15 мм при отношении h/d = 1. Измеряются поперечные размеры и высота каждого образца. Данные измерения записываются в журнал испытания. Зарисовывают вид образца до опыта. Опыт 1. Сжатие стального образца Образец устанавливается между подушками машины и постепенно нагружается возрастающей нагрузкой. Записывающее приспособление автоматически вычерчивает диаграмму сжатия в координатах  , которая вначале идет по прямой, выражающей прямопропорциональную зависимость между нагрузкой и деформацией, после чего отмечается быстрое возрастание деформации. Площадка текучести слабо наблюдается. За этим участком диаграмма продолжает идти вверх по кривой линии. Это объясняется как упрочнением металла, так и увеличением поперечного сечения образца, которое способно выдерживать все большую нагрузку, не разрушаясь. Таким образом, для пластичных материалов понятие “предел прочности при сжатии” не существует. Образец принимает бочкообразную форму за счет сил трения, возникающих между плитами машины и торцами образца. Опыт приостанавливают при нагрузке, соответствующей укорочению образца примерно на 30% от первоначальной высоты. Внимательно рассматривают и зарисовывают деформированный образец.Опыт 2. Сжатие чугунного образца Опыт проводится в том же порядке, что и для стальных образцов. Диаграмма сжатия чугуна в начале почти прямолинейна, затем она искривляется, и нагрузка достигает максимального значения. Образец немного деформируется, принимая слегка бочкообразную форму, что свидетельствует о наличии небольших пластических деформаций. В момент, когда нагрузка достигает наибольшего значения, образец разрушается и на поверхности его наблюдается появление ряда наклонных трещин, расположенных примерно под углом  , т.е. по линии действия наибольших касательных напряжений. После разрушения образца, нагрузка резко падает.Сняв образец, необходимо внимательно рассмотреть его, установить вид разрушения и положение площадок, по которым произошло разрушение. Эскиз образца после испытания необходимо зарисовать. Обработка результатов. По окончании испытаний проводится обработка диаграмм, записанных на машине. Для стали определяются значения предела пропорциональности  и максимального напряжения  .Для чугуна определяется величина предела прочности  . В журнале лабораторных работ необходимо вычертить диаграмму напряжений в принятом масштабе для каждого материала в координатах (  ), для чего необходимо вычислить  для конкретных точек ( ).Эскизы образцов показаны на рис.10. Выводы. Следует обратить внимание на невозможность определения предела прочности при сжатии образца из стали, сравнить величину предела прочности при сжатии чугуна с пределом прочности при растяжении стали, а также дать объяснение причинам разрушения чугуна. Отметить, почему стальной образец получает бочкообразную форму. Рис.10 б) Испытание дерева. Так как дерево относится к анизотропным материалам, испытание дерева на сжатие осуществляется в 2-х направлениях: вдоль и поперек волокон. Образцы имеют форму кубиков размером a=b=c=20 мм (рис.11). Эскизы образцов до испытания зарисовать в журнал испытаний. Испытание проводится на машине ИМ-ЧА, описание которой было дано в работе №2. После обмера образец закладывается между подушками машины и подвергается сжатию до разрушения с записью диаграммы сжатия. Рис.11 Сжатие дерева вдоль волокон. Образец, испытываемый на сжатие вдоль волокон, до разрушения, претерпевает сравнительно небольшие остаточные деформации. На диаграмме сначала появляется прямолинейный участок с большим углом наклона к оси деформации. После достижения наибольшего значения нагрузки на диаграмме наблюдается ее резкое падение. В образце происходит смещение волокон примерно под углом под действием максимальных касательных напряжений. Испытание прекращается, когда смещение волокон становится хорошо заметным на глаз.Сжатие дерева поперек волокон. При сжатии кубика поперек волокон вначале наблюдается быстрый прирост нагрузки при небольших деформациях; на диаграмме вначале появляется небольшой прямолинейный участок с углом наклона к оси деформаций меньшим, чем на диаграмме сжатия дерева вдоль волокон. Затем диаграмма идет почти параллельно оси абсцисс. Образец сплющивается и при достаточной влажности и отсутствии пороков в древесине (сучки, косослой) может не разрушаться. Окончательного разрушения не дожидаются и заканчивают испытание, когда величина деформации достигает 1/3 первоначальной высоты, т.к. значительный рост деформации практически без увеличения нагрузки позволяет считать, что грузоподъемность образца исчерпана. Нагрузка, при которой это происходит, принимается за разрушающую, соответствующую пределу прочности  . В дальнейшем за счет прессования нагрузка начинает расти и становится выше условного значения .Обработка результатов. В журнале зарисовывают эскизы образцов до и после испытания, записывают их исходные размеры. После испытания проводится обработка диаграммы сжатия. Учитывая масштаб диаграммы сжатия, определяют нагрузки для характерных точек (  ) и абсолютные удлинения. Результаты опыта заносятся в таблицу, так же подсчитываются напряжения ( ) и относительные удлинения.По полученным данным в определенном масштабе строят диаграммы напряжений в координатах  . Кроме этого, находится отношение пределов пропорциональности и прочности для образцов, испытанных вдоль и поперек волокон.Выводы. Необходимо сравнить между собой пределы прочности дерева, полученные при сжатии вдоль и поперек волокон и сделать выводы о прочности дерева при различных направлениях нагрузки; связать это с физическими свойствами древесины. Дать объяснение причинам разрушения (вид напряжений). Вопросы для самопроверки Чем объясняется бочкообразность цилиндрического стольного образца при сжатии? Можно ли определить величину предела прочности при сжатии стального образца? От каких напряжений (  ) разрушается чугунный образец при сжатии?Какие характеристики прочности можно получить при сжатии пластических материалов? При какой деформации (растяжении или сжатии) у чугуна предел прочности выше? Можно ли довести стальной образец до разрушения? Когда прочность дерева при сжатии выше: вдоль или поперек волокон? Какими свойствами обладает дерево при сжатии его вдоль волокон и при сжатии поперек волокон? По какой характеристике прочности у пластичных материалов ведется их сопоставление на растяжение и сжатие? |