Методика проведения работы и обработки результатов

Министерство образования Российской Федерации

РЫБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АВИАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

 

 

С.А. Букатый, А.А. Бирфельд, 

 

 

СОПРОТИВЛЕНИЕ

 МАТЕРИАЛОВ

Лабораторный практикум

Часть II

 

Рыбинск 2001 г.

 

 

     Предназначен для студентов машиностроительных специальностей и является руководством при выполнении лабораторных работ по темам: сложное сопротивление, изгиб тонкостенных стержней, устойчивость, колебания и циклическая прочность материалов.

     Практикум содержит необходимые теоретические сведения, описания экспериментальных установок, методики проведения опытов и обработки результатов, а также контрольные вопросы для проверки знаний.

     Работы № 3, 4, 6, 7, 8 составлены С.А. Букатым; работы № 1, 2, 5 составлены А. А. Бирфельдом.

 

РЕЦЕНЗЕНТ: кафедра “Теоретическая механика и сопротивление материалов”

                     Рыбинской государственной авиационной технологической

                     академии.

 

 

Лабораторная работа №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОГИБОВ БАЛКИ ПРИ КОСОМ ИЗГИБЕ

 

Цель работы

1. Ознакомиться с характером изгиба консольной балки при косом изгибе.

2. Исследовать зависимость величины и направления прогиба балки от угла между плоскостью действия изгибающего момента и одной из главных осей поперечного сечения.

 

Теоретические сведения

Изгиб, при котором плоскость изгибающего момента не совпадает ни с одной из главных осей поперечного сечения балки, называется косым изгибом.

В соответствии с принципом независимости действия сил косой изгиб можно представить как сложение двух прямых изгибов в главных плоскостях.

При этом направление прогиба балки f (рис. 1) не совпадает с направлением действующей нагрузки, а нейтральная ось сечения не перпендикулярна силовой плоскости, т.е.

 

 

 

 Рис. 1

 

Величину полного прогиба f и его отклонение от плоскости действия нагрузки  определяют по формулам:

 

(1)

(2)

 

 

где f_г и f_в – перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, измеряют при проведении опыта.

Для определения f и  расчетным путем сначала вычисляют перемещения в направлении главных осей X и Y:

 

(3)

 

 

где  – проекции силы Р вдоль осей X и Y;

 Е – модуль упругости материала; l, I_x, I_y – длина балки и главные моменты инерции поперечного сечения.

Тогда

(4)

 

                                          γ= β – α ,                                                         (5)     

 

где β – угол между направлением прогиба f и осью Y (рис. 1):

 

(6)

 

 

Описание экспериментальной установки

 

Эскиз экспериментальной установки представлен на рис. 2, а. Установка представляет собой консоль­ную балку прямоугольного сечения 1. Защемление балки осуществляется винтом 2. Сечение балки может быть повернуто на любой угол относительно вертикальной оси. Отсчет угла наклона главных осей сечения балки осуществляется по шкале диска 3 относительно стрелки 4.

На свободном конце балки (рис. 2, б) имеется ось 5 с шарикоподшипником 6, на наружное кольцо которого напрессована оправка 7 прямоугольной формы. Имеется крючок 8 для подвешивания груза. Замер вертикального и горизонтального перемещений производится с помощью двух индикаторов часового типа 9 и 10.

Установка смонтирована на плите 11.

 

Методика проведения работы и обработки результатов

 

Опыты начинают при нулевом отклонении одной их главных осей поперечного сечения балки от вертикальной плоскости (α=0). Нагружая балку, проверяют по горизонтальному индикатору отсутствие горизонтальных перемещений. Сняв груз, поворачивают балку последовательно на угол Δα = 10…15⁰ 6-9 раз (по указанию преподавателя), измеряя каждый раз после нагружения горизонтальное и вертикальное перемещения конца балки. Результаты измерений заносят в таблицу 1.

 

Таблица 1

№№ опыта	α,…0	fг, мм	fв, мм	f, мм	γ,…0
1 2 . . . n

 

По формулам (1) и (2) вычисляют f и γ, результаты заносят в табл. 1 и строят графики f_{г ,} f_в, f и γ в зависимости от угла α .

Для 1-3 положений балки (по указанию преподавателя) по формулам (3)­(6) определить f и γ. Результаты расчетов занести в таблицу 2 и сравнить их с результатами опытов, т.е. определить расхождение :

Таблица 2

№№ опыта	α,…0	fx, мм	fy, мм	fрасч, мм	γрасч,…0
1 2 . . . n

 

При проведении опытов положение балки устанавливают с точностью 1⁰, прогибы f_ги f_в измеряют с точностью 0,01 мм.

 

Порядок проведения работы

 

1. Зафиксировать винтом 2 балку в начальном положении при α = 0.

2. Нагрузить балку грузом и записать в таблицу 1 показания индикаторов.

3. Снять груз, ославить винт 2, повернуть балку на угол Δα(величина Δα указывается преподавателем), и снова зафиксиро­вать положение балки.

4. Повторять операция по п. 2 и 3 до тех пор, пока вторая главная ось поперечного сечения не займет вертикальное положение, т.е. будет α = 90⁰.

5. Завершив эксперименты, провести обработку результатов в соответствии с приведенной выше методикой.

 

Требования к отчету

1. Цель работы.

2. Расчетная схема балки, схема углов и перемещений, разме­ры балки.

3. Таблицы с результатами измерений и расчетов.

4. Графики зависимостей f_{г ,} f_в, f и γ в зависимости от угла α.

5. Выводы.

 

Вопросы для контроля знаний

 

1. Когда возникает косой изгиб?

2. Почему не совпадают плоскость действия нагрузки и плоскость изгиба при косом изгибе?

3. В каких точках сечения возникают максимальные нормальные напряжения при косом изгибе?

4. Возникает ли косой изгиб, если к балке приложены усилия, совпадающие по напрвлению с глав­ными осями симметрии?

5. По какому закону распределены нормальные напряжения в поперечных сечениях балки при косом изгибе?

 

 

Лабораторная работа №2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ВНЕЦЕНТРЕННОМ РАСТЯЖЕНИИ

 

Цель работы

Определить распределение нормальных напряжений по высоте поперечного сечения бруса.

 

Теоретические сведения

Внецентренным называется растяжение (сжатие) бруса силами, линия действия которых параллельна его оси, но не проходит через центр тяжести поперечного сечения.

Это нагружение можно рассматривать как одновременное действие косого и плоского изгиба и центрального растяжения (сжатия). Если линия действия растягивающих сил походит через одну их главных осей сечения бруса, то изгиб будет плоским и напряжения определяют по формуле

 

,

 

где М_x = Р·е, е – эксцентриситет; y – расстояние от нейтральной оси до рассматриваемой точки сечения бруса.

 

Методика проведения работы и обработки результатов

 

В работе используется образец с прямоугольным поперечным сечением, на боковой поверхности которого в пяти точках наклеены 5 тензорезисторов (рис. 3). Тензорезисторы служат для определения деформаций и напряжений в соответствующих точках сечения тензометрическим методом.

Измерения проводят при трех нагружениях. При первом нагружении снимают начальные показания со всех тензорезисторов и заносят их в таблицу 3.

Таблица 3

Нагрузка Р, кН	Показания прибора и приращения показаний Δ
	№ точек
	1	Δ 1	2	Δ 2	3	Δ 3	4	Δ 4	5	Δ 5

 

По указанию преподавателя увеличивают нагрузку Р. Для каждого приращения нагрузки ΔР определяют приращения показаний Δа для каждого тензорезистора и, используя значение тарировочного коэффициента k, вычисляют соответствующие величины приращения деформаций:  и напряжений .

Результаты расчетов заносят в таблицы 3 и 4.

 

 

Таблица 4

Нагрузка ΔР, кН	Напряжения, МПа
	№ точек
	1	2	3	4	5

 

На основе полученных результатов строят эпюры распределения напряжений по сечению бруса. По приведенной в методике формуле вычисляют в т. 1 величину приращения напряжений  и сравнивают их с экспериментом:

 

 

Порядок проведения работы

 

1. Сделать эскиз образца – бруса и измерить его размеры.

2. Если тарировочный коэффициент k  не известен, то проводят тарировку прибора.

3. Нагружают брус начальной нагрузкой и заносят показания прибора в табл. 3 для каждой точки.

4. Увеличивают нагрузку на брус на величину ΔР два раза, проводя каждый раз измерения в точках 1- 5, и полученные данные заносят в табл. 3.

5. В соответствии с методическими указаниями проводят обработку результатов экспериментов и строят эпюры нормальных напряжений.

 

Требования к отчету

1. Цель работы.

2. Эскиз образца с тензорезисторами и схема нагружения.

3. Таблица с данными для определения тарировочного коэффициента (по указанию преподавателя).

4. Таблицы с результатами измерений и расчетов.

5. Эпюры нормальных напряжений.

6. Выводы.

 

Вопросы для контроля знаний

 

1. Когда возникает внецентренное растяжение-сжатие?

2. На какие нагружения можно разложить внецентренное растя­жение-сжатие?

3. Как распределены по сечению нормальные напряжения и где проходит нейтральная ось, если растягивающее усилие параллельно оси стержня и

- проходит через центр сечения;

- совпадает с одной из точек контура сечения;

- расположена бесконечно далеко от центра сечения?

4. Совпадает ли нейтральная линия с центром тяжести сечения при внецентренном растяжении-сжатии?

5. От каких обстоятельств зависит положение нейтральной линии?

 

 

Лабораторная работа №3

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ТОНКОСТЕННОГО ВАЛА ПРИ ИЗГИБЕ С КРУЧЕНИЕМ

 

Цель работы

1. Ознакомиться с методикой экспериментального исследования напряженного и деформированного состояния вала при изгибе с кручением методом электротензометрии.

2. Определить главные напряжения и положения главных площадок при изгибе с кручением.

3. Определить величину и направление наибольших касательных напряжений.

1. Определить величины крутящего и изгибающего моментов, действующих на вал, по данным тензометрии.

 

Описание экспериментальных установок

 

Лабораторные работы выполняются на установках двух видов, отличающихся по способу нагружения, а также размерами и материалами нагружаемых валов. Однако, принцип работы, порядок выполнения работ, обработка результатов экспериментов на обеих установках одинаковы.

 

Установка №1

Установка (рис. 4,а) состоит из основания 1, на котором жестко с одного конца закреплен вал 2. Второй конец вала опирается на опору 3. Нагружение вала осуществляется с помощью рычага 4 и винтового устройства 5. При рас-

положении опоры 3 под рычагом 4 вал нагружается только крутящим моментом. Поместив опору 3 на середине вала (на рис. показано пунктиром), получим нагружение вала изгибом с кручением. Возникающие при нагружении деформации на наружной поверхности вала измеряют с помощью розетки тензорезисторов 6 (рис. 5) и регистрирующего тензоприбора (на рис. не показан)

 

Установка №2

Установка (рис. 4,б) состоит из основания 1, на котором жестко по консольной схеме закреплен вал 2. На свободном конце вала расположен рычаг 3, который вместе с кронштейном 4 служит для нагружения вала гирями 5. В зависимости от схемы нагружения (рис. 4,в) получают кручение и изгиб вала. Возникающие при нагружении деформации на наружной поверхности вала измеряют с помощью розетки тензорезисторов 6 и регистрирующего прибора.

Схема размещения тензорезисторов в розетке показана на рис. 5. Вал с тензорезисторами закрепляется в захватах установки и подвергается кручению ступенчатым нагружением. После каждой ступени нагружения производится отсчет углов закручивания.

Теоретические сведения

При изгибе с кручением на поверхности вала возникают как нормальные σ_х, так и касательные  напряжения (рис. 6). В таких случаях для исследования напряженно-деформированного состояния применяют розетки из трех тензорезисторов, наклеенных на продольном, поперечном и под углом 45⁰ к продольной оси направлениях (рис. 5). Тогда величина и направление главных деформаций определяются выражениями [1]:

             (7)

                                   

(8)

 

На основе обобщенного закона Гука получаем формулы для главных напряжений:

                                                                                                  (9)

 

Поскольку материал, из которого изготовлен вал, изотропный, то направление главных напряжений совпадает с направлением главных деформаций и определяется по формуле (8).

По главным напряжениям можно вычислить нормальные и касательные напряжения в любом направлении, в том числе и напряжения σ_х и :

 

                         (10)

 

Отсюда находим величину и направление наибольших касательных напряжений

                                                                                   

                                                                                                                     (11)

На практике часто возникает задача определения по данным тензометрии величины нагрузок, действующих на вал. В этом случае после определения напряжений σ_х и  по формулам (10) можно вычислить изгибающий и крутящий моменты:

 

(12)

 

Методика и порядок проведения работы

 

Деформации, возникающие на поверхности вала при нагружении определяют электротензометрическим методом по формуле:

 

                                                                                                  (13)

где k – тарировочный коэффициент, определяемый экспериментально;

  а – показания тензоприбора.

Работу следует выполнять в следующем порядке.

1. Перед началом работы измерить и записать размеры вала и по указанию преподавателя записать величину тарировочного коэффициента.

2. Нагрузить вал произвольной нагрузкой, создающей изгиб и кручение, и зафиксировать показания прибора с тензорезисторов в табл. 5. Вал разгрузить. Повторить операцию нагружения той же нагрузкой и снятия показаний не менее трех раз.

 

Таблица 5

№ п/п	aI	aII	aIII
1 2 . . n

 

3. Вычислить средние значения показаний тензоприбора a_I, a_II, a_III .

4. По формуле (13) определить соответствующие средние значения деформаций в направлениях тензорезисторов ε_I, ε _II, ε _III .

5. По формулам (7) и (8) вычислить величину и направление главных деформаций ε₁, ε₃, α .

6. По формулам (9) вычислить величину главных напряжений σ ₁, σ₃.

7. По формулам (10) вычислить величину напряжений σ _х, τ_xy.

8. По формулам (11) определить величину и направление наибольших касательных напряжений τ_max и β.

9. По формулам (12) определить величину изгибающего и крутящего моментов М_изг и М_кр.

 

     Примечание. При выполнении работы на установке №2 можно сравнить расчетные величины М_изг и М_кр с их экспериментальными значениями.

10.  Показать на рисунке напряжения σ _х, τ_xy, σ ₁, σ₃, τ_max с указанием их величин и углов α и β (аналогично рис. 5).

 

Требования к отчету

1. Цель работы.

2. Перечень используемых установок и оборудования.

3. Схема установки.

4. Результаты измерений (таблица 5).

5. Расчетные формулы и расчеты согласно п.п. 3-9.

6. Схематический рисунок согласно п. 10.

7. Выводы.

 

Вопросы для контроля знаний

1. На каком свойстве основан тензометрический метод исследования деформаций и напряжений?

2. Для чего проводится тарировка тензорезисторов?

3. Как проводится тарировка тензорезисторов?

4. Какие напряжения возникают в вале при изгибе с кручением?

5. Сколько и в каких направлениях нужно наклеить тензорезисторы для исследования напряженно-деформированного состояния вала?

6. Что называется главными площадками, главными напряжениями и главными деформациями?

7. В каких случаях направления главных напряжений и деформаций совпадают?

8. Что выражает обобщенный закон Гука?

9. Как определяются величина и направление наибольших касательных напряжений?

 

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗГИБА ТОНКОСТЕННОГО СТЕРЖНЯ НЕЗАМКНУТОГО ПРОФИЛЯ

 

Цель работы

1. Ознакомиться с явлением закручивания тонкостенного стержня при поперечном изгибе.

2. Определить положение центра изгиба стержня.

3. Определить зависимость угла закручивания стержня от расстояния между центром изгиба и точкой приложения силы.

        

Описание экспериментальной установки

Установка (рис. 7) состоит из станины 2, на которой консольно закреплен швеллер 2. К свободному концу балки по оси симметрии профиля жестко закреплена рейка 3 с делениями. С помощью подвески 4 балка нагружается грузом 5. Перемещения свободного конца балки измеряются индикаторами часового типа 6, установленными на стойках 7, жестко закрепленных на станине 1.

Теоретические сведения

Из теории поперечного изгиба известно, что если сечение несимметрично относительно плоскости действия внешних сил, то под действием касательных напряжений, возникающих в поперечных сечениях, изгиб стержня будет сопровождаться его закручиванием. Для устранения закручивания нужно, чтобы плоскость действия изгибающих сил проходила через центр изгиба параллельно главной оси сечения стержня.

Центром изгиба называется точка, через которую проходит равнодействующая всех касательных сил, действующих в поперечном сечении стрежня. Для швеллера (рис. 8) центр изгиба расположен на оси симметрии Х и отстоит от средней линии на расстоянии

 

(14)

 

 

Если сечение имеет две оси симметрии, то центр изгиба совпадает с центром тяжести с.

Рис. 8

 

Методика проведения работы и обработки результатов

 

Сначала нагружают балку грузом таким образом, чтобы линия действия силы тяжести проходила через центр тяжести сечения. Фиксируют показания левого и правого индикаторов и сравнивают их. Различие показаний свидетельствует о закручивании бруса на угол φ:

                                             (15)

где Н – расстояние между индикаторами.

Устанавливая груз на различных расстояниях Х от средней линии стенки, записывают показания левого и правого индикаторов в табл. 6. Затем по формуле (15) вычисляют соответствующие углы закручивания и строят график зависимости угла закручивания φ от расстояния Х. Из условия φ=0 находят величину Х, соответствующую центру изгиба.

Измеряют расстояние от центра изгиба до средней линии стенки и сравнивают его с расчетным расстоянием, вычисленным по формуле (14).

 

 Таблица 6

Расстояние Х, мм	Показания индикаторов		Разность показаний Δлев – Δправ, мм	φ, рад
	Δлев, мм	Δправ, мм

 

Порядок проведения работы

 

1. Нарисовать эскиз сечения балки и схему измерений. Измерить размеры сечения и расстояние Н.

3. Приложить груз в точке, соответствующей центру тяжести сечений и определить угол закручивания сечения.

4. В соответствии с методическими указаниями определить φ(Х) и построить график.

5. Определить положение центра изгиба и сравнить его с расчетным значением е.

Требования к отчету

1. Цель работы.

2. Эскиз сечения балки и схемы измерений.

3. Расчетные формулы.

4. Таблица с результатами измерений и расчетов.

5. График зависимости φ(Х).

6. Выводы.

 

       Вопросы для контроля знаний

1. Какие деформации возникают при поперечном изгибе стрежня с незамкнутым профилем?

2. Что называется центром изгиба?

3. Что является причиной закручивания брусьев с незамкнутым профилем при поперечном изгибе?

4. Как определяют положение центра изгиба?

5. Где расположен центр изгиба:

· Если сечение в виде уголка?

· Если сечение имеет одну ось симметрии?

· Если сечение имеет две оси симметрии?

 

 

Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ ПРИ СЖАТИИ ПРЯМЫХ СТРЕЖНЕЙ

 

Цель работы

 

1. Ознакомиться с явлением потери устойчивости при сжатии стрежней.

2. Исследовать влияние способа закрепления на устойчивость стрежня.

3. Определить зависимость критических напряжений от гибкости стрежней.

 

        Описание экспериментальной установки

 

Работа проводится на испытательной машине SFZ-1. Для реализации различных способов закрепления концов стрежня используется захватное устройство (рис. 9). Оно состоит из основания 3 и двух щек 4 для установки и закрепления устройства на захватах испытательной машины.

 

Рис. 9

 

В прорезь упора 2 устанавливают образец 1. Если винты 5 не закрепляют конец образца, реализуется шарнирное закрепление в плоскости минимальной жесткости. Когда 4 винта 5 завинчены до упора с образцом, закрепление можно считать абсолютно жестким. Таким образом, появляется возможность испытаний на продольную устойчивость в трех вариантах закрепления стрежня: оба конца закреплены шарнирно (рис. 10, а); один конец закреплен жестко, а другой – шарнирно (рис. 10, б); оба конца жестко защемлены (рис. 10, в).

Теоретические сведения

Устойчивостью называется способность конструкции или ее элементов (стержней) сохранять свою первоначальную форму упругого равновесия.

В соответствии с решением Эйлера критическая сила при сжатии стержня длиной l равна

                                                                                                                        (16)

 

где μ – коэффициент приведения длины, зависящий от способа закрепления стержня; I_min – минимальный момент инерции поперечного сечения.

Одним из параметров, характеризующих устойчивость стержня, является его гибкость

              (17)

где  – радиус инерции поперечного сечения стержня.

По известной критической силе находят критическое напряжение

 

(18)

 

            

Методика проведения работы и обработки результатов

 

Перед проведением опытов измеряют размеры образцов – стрежней и заносят их в табл. 7. Точность измерения поперечных размеров – 0,05 мм, длины – 0,1 мм. Затем образцы поочередно устанавливают в захватное устройство и закрепляют в соответствии с требуемым вариантом. Нагружение осуществляют вручную, равномерно и без остановки, наблюдая за формой стержня и за показаниями величины нагрузки. При потере устойчивости рост нагрузки прекращается и стержень изгибается. В этот момент нагружение прекращают и фиксируют величину критической силы в таблице 8. По окончании опытов в соответствии с табл. 7, 8 и формулами (17), (18) проводят расчеты. При этом нужно учесть, что в зависимости от способа закрепления длина стрежня l изменяется на величину l₀ или 2l₀. На основании расчетов построить график зависимости σ_кр(λ). По указанию преподавателя по формуле (16) определить расчетные значения критической силы и сравнить их с экспериментальными:

 

Таблица 7

№ образца	l, мм	b, мм	h, мм	Imin, мм4	F, мм2	imin, мм
1
2
3

 

Таблица 8

№ образца

μ =

μ =

μ =

l, м

λ

Ркр, Н

σкр, МПа

l, м

λ

Ркр, Н

σкр, МПа

l, м

λ

Ркр, Н

σкр, МПа

1

2

3

 

Порядок проведения работы

1. Сделать эскиз и замерить размеры образцов – стержней и величину l₀ .

2. Нарисовать схемы нагружения стержней и указать соответствующие величины коэффициента μ.

3. В соответствии с методическими указаниями провести опыты и обработку результатов.

 

Требования к отчету

1. Цель работы.

2. Эскизы образца и схем закрепления.

3. Расчетные формулы.

4. Таблица с результатами измерений и расчетов.

5. График зависимости

6. Выводы.

 

Вопросы для контроля знаний

1. Какая сила при продольном осевом сжатии называется критической?

2. От каких факторов зависит величина критической силы?

3. От каких факторов зависит величина критического напряжения?

4. Что такое гибкость стержня?

5. От чего зависит коэффициент приведения длины?

6. Длина продольно сжатого стержня увеличена вдвое. Как изменяется:

- критическая сила и критическое напряжение;

- гибкость стержня;

- коэффициент приведения длины?

7. Стальной стержень заменен алюминиевым тех же размеров. Как изменятся:

- критическая сила и критическое напряжение;

- гибкость стержня;

- коэффициент приведения длины?

8. Как изменяется критическая сила и критическое напряжение, если одну из двух шарнирных опор заменить жестким закреплением?

 

Лабораторная работа № 6

УДАРНАЯ ПРОБА МАТЕРИАЛОВ

 

Цель работы

1. Ознакомиться с характером деформации и разрушения мате­риалов при ударном воздействии нагрузки.

2. Определить ударную вязкость различных материалов.

 

Описание экспериментальной установки

Испытания материалов на ударную вязкость проводят на маят­никовом копре типа МК-30 (рис 11). Копер состоит из станины 1 со стойками 2, на которых на шариковых подшипниках подвешен ма­ятник с бойком 3 и подъемная рама 4. С помощью упора и храпови­ка 5 раму и маятник можно устанавливать под необходимым углом (на различной высоте). Для предотвращения случайного спуска маятника предусмотрено стопорное устройство для фиксации защелки на храповике. Для спуска маятника из взведенного положения нужно повернуть головку стопорного диска 6 и потянуть за рукоятку 7, освобождая маятник от защелки. Образец из испытуемого материала устанавливается на опо­рах 8.

Работа, затрачиваемая на разрушение образца, определяется с помощью специального устройства по изменению угла отклонения маятника после удара.

 

Теоретические сведения

 

Испытания на ударную вязкость проводят на образцах стандартной формы и размеров (рис. 12). На одной стороне образца находится надрез – концентратор напряжений. Удар бойком про­изводится по противоположной

 

стороне. При ударе у дна надреза возникает объемное напряженное состояние с растягивающими глав­ными напряжениями (рис. 13), которые затрудняют пластическую деформацию материала.

Ударные испытания позволяют оценить сопротивляемость ма­териала хрупкому разрушению по величине ударной вязкости, опре­деляемой как отношение работы U затраченной на разрушение образ­ца, к площади F поперечного сечения образца в месте излома:

                                                       (19)

Ударная вязкость измеряется в Дж/м .

 

Методика проведения работы и обработки результатов

 

Перед началом работы производят измерения размеров образцов. Образцы из различных по свойствам материалов последователь­но устанавливают на опорах маятникового копра и разрушают. По шкале регистрирующего устройства определяют работу разрушения для каждого образца. Для повышения точности испытании начальное отклонение маятника для хрупких материалов делают меньше, чем для пластичных материалов. Результаты опытов и размеры образцов заносят в таблицу 9, вычисляют площади сечения образцов в мес­те надрезов и по формуле (19) определяют ударную вязкость.

 

 

Таблица 9

№	Материал	b, мм	h, мм	F, м2	U, Дж	a, Дж/м2
1
2
3

 

 

 

Порядок проведения работы

 

1. Измеряют с точностью до 0,1 мм поперечные размеры b и h образцов в месте надреза.

2. Отводят подъемную раму в заданное положение и фиксиру­ют в ней маятник.

3. Устанавливают образец на упоры и разрушают. Аналогично разрушают остальные образцы.

4. Зарисовывают поверхности излома образцов.

5. Определяют ударную вязкость и, сопоставляя ее с характе­ром разрушения образцов, делают выводы.

 

Требования к отчету

 

1. Цель работы.

2.Эскизы образца и поверхностей излома.

3. Расчетные формулы.

4. Таблица с результатами измерений и расчетов.

5. Выводы.

 

Вопросы для контроля знаний

 

1. Для чего проводят ударную пробу материалов?

2. Дня чего на образцах делают надрез?

3. Какое напряженное состояние возникает у дна надреза в момент удара?

4. Как определяется ударная вязкость?

5. Какие свойства материалов характеризует ударная вяз­кость?

6. Имеются ли отличия поверхностей излома у образцов из хрупких и пластичных материалов?

7. Какие материалы (хрупкие или пластичные) лучше работа­ют при ударных нагрузках?

Лабораторная работа № 7

---

Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 155; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!