В помощь студентам БНТУ - курсовые, рефераты, лабораторные !


Испытание на сжатие образцов из различных материа­лов

1.        ВВЕДЕНИЕ

В методических указаниях к выполнению лабораторной ра­боты № 2 "Испытание на сжатие образцов из различных материа­лов" указывается цель работы, приводятся характеристики испытуемых образцов и дается методика проведения испытаний. Для лучшего усвоения материала по теме "Растяжение-сжатие" приводятся основные теоретические положения, позволяющие ква­лифицированно провести испытания и проанализировать получен­ные результаты.

2.        ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить свойства и характер поведения пластичных и хруп­ких, изотропных и анизотропных материалов при испытаниях на сжатие.

 

3. ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ И ИНСТРУМЕНТЫ

Испытательная машина - УММ-5. Штангенциркуль.

4. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБРАЗЦОВ

Исходя из поставленной цели нужно испытать на сжатие об­разцы из следующих материалов:

1) малоуглеродистая сталь, медь, алюминий и др. - пластич­ные изотропные материалы;

чугун, кирпич, бетон и др. -хрупкие изотропные материалы;
  1. древесина - анизотропный материал.

Образцы из анизотропного материала следует испытывать в двух или трех направлениях ( в зависимости от характера анизо­тропии ). Образцы для испытания на сжатие изготавливаются:

а)        в виде круглых цилиндриков ( рис. 1а) - из металлов и их сплавов;

б)        в виде кубиков ( рис. 16 ) - из древесины, кирпича, бетона и других аналогичных материалов.

5. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Пластичные материалы на растяжение и на сжатие работают примерно одинаково и основным видом испытания для них являет­ся испытание на растяжение, а испытание на сжатие носит вспомо­гательный характер.

Хрупкие материалы (чугун, кирпич, раствор, бетон и др.) на сжатче работают значительно лучше, чем на растяжение (к примеру у бетона предел прочности на сжатие раз в 10 больше преде­ла прочности на растяжение). В силу чего хрупкие материалы применяются в основном в сжатых элементах конструкций, по­этому основным видом испытаний хрупких материалов является испытание на сжатие.

Результаты испытаний на сжатие зависят от условий прове­дения эксперимента. Практически очень трудно добиться прило­жения сжимающей силы точно по оси образца. Поэтому образец будет не только сжиматься, но и изгибаться. Чем длиннее образец, тем больше влияние изгиба (попробуйте сжать длинный и тонкий прутик). Для уменьшения влияния изгиба рекомендуется приме­нять образцы, длина которых не более чем в два раза превышает их поперечные размеры. Применение слишком коротких образцов тоже нежелательно. При сжатии образца продольные размеры уменьшаются, а поперечные увеличиваются (по закону Пуассона). Вследствие трения между торцами образца и опорными плитами машины увеличение поперечных размеров на середине и по краям образца неодинаковы ( по краям меньше ) и образец принимает бочкообразную форму, что у образцов из пластичных материалов видно невооруженным глазом. Появление сил трения изменяет вид напряженного состояния и увеличивает сопротивление образца. Чем короче образец, тем сильнее влияние сил трения. Поэтому рекомендуется применять образцы, длина которых не меньше по­перечных размеров. Уменьшить трение можно обработкой торцов парафином или графитовой смазкой. При центральном сжатии образца в его поперечных сечениях возникают нормальные на­пряжения, которые определяются также, как и при растяжении: а = Р / ро, где: ро - первоначальная площадь поперечного сечения образца.

При испытаниях на сжатие получают диаграмму сжатия в координатах Р - ДС и определяют 'обычно две механические харак­теристики материала:

Ι) предел пропорциональности (апц= Рпц / F0) - для пластичных материалов; 2) предел прочности (σΒ= Рв / FO) - для хрупких материалов,

5.1. Испытание образцов из пластичных материалов ( малоуглеродистая сталь )

Типичная диаграмма сжатия образцов из малоуглеродистой стали показана на рис.2.

На диаграмме имеется прямолинейный участок ОА, который за­канчивается нагрузкой, соответствующей пределу пропорциональ­ности Рпц (точка А). После этого на диаграмме отмечается небольшой участок, где наблюдается замедление роста нагрузки (при постоянном росте деформаций). Однако площадка текучести, как при растяжении, не наблюдается прежде всего из-за значитель­ного уменьшения длины испытуемого образца ( при растяжении -ΙΟ-d, а при сжатии - 2-d ). За этим участком диаграмма идет по кри­вой круто вверх. Связано это с увеличением площади поперечного сечения образца и ростом его способности выдерживать все боль­шую нагрузку при небольшом увеличении нормальных напряже­ний. 

Так как разрушить образец из пластичного материала не­возможно, испытание прекращают при достижении нагрузки, близ­кой предельной для машины. Таким образом, величина предела прочности при сжатии образцов из пластичного материала не мо­жет быть определена.

5.2. Испытание образцов из хрупких материалов ( чугун )

Типичная диаграмма сжатия чугунных образцов показана на рис.3.

Рис.3. Типичная диаграмма сжатия чугунного образца

От начала координат диаграмма не имеет отчетливо выраженного прямолинейного участка. С ростом нагрузки кривизна диаграммы сначала постепенно, а затем более интенсивно увеличивается и при достижении нагрузки Рв начинается разрушение образца с после­дующим падением нагрузки.

Чугунный образец, укорачиваясь под действиям сжимающих сил, принимает слегка бочкообразную форму, что свидетельствует о наличии небольших пластических деформаций. Разрушение об­разца происходит по плоскости, наклоненной примерно под углом 45 градусов к оси стержня. Объясняется это тем, что на этих пло­щадках действуют максимальные касательные напряжения, яв­ляющиеся причиной разрушения образцов из хрупких материалов при испытании их на сжатие.

5.3. Испытание образцов из древесины

Древесина является анизотропным материалом. В древесине выделяют три направления анизотропии: продольное (вдоль воло­кон), радиальное (по радиусу ствола) и тангенциальное (по каса­тельной к годовым слоям).

В двух последних направлениях (в отличие от первого) уп­ругие и механические характеристики древесины незначительно различаются между собой. Поэтому на практике эти два направле­ния нивелируют и обобщающее направление называют попереч­ным (поперек волокон).

Форма образцов и направление их нагружения сжимающей нагрузкой показаны на рис.4.

, Типичные диаграммы сжатия образцов из древесины пока­заны на рис.5, (вдоль волокон - кривая а, поперек волокон - кривая б).

Рис.5. Типичные диаграммы сжатия образцов из древесины: а - вдоль волокон, б - поперек волокон

При сжатии древесины вдоль волокон на диаграмме (рис.5, кривая а) с начала имеется слегка искривленный участок с боль шим уг­лом наклона к оси ΔΙ, что соответствует сравнительно большему значению модуля упругости.

После достижения нагрузкой наибольшего значения (Рв) на­чинается разрушение образца с последующим падением нагрузки. Обычно разрушение образца происходит с образованием попереч­ных складок и обмятием торцов. Нередко вместе с этим наблюдает­ся и образование продольных трещин. По данным опыта определяется максимальная нагрузка (Рв), соответствующая преде­лу прочности. Нагрузку, соответствующую пределу пропорцио­нальности установить на диаграмме обычно не удается.

При сжатии поперек волокон диаграмма имеет другой ха­рактер (рис.5, кривая б). Сначала диаграмма идет по наклонной прямой до нагрузки Рпц, соответствующей пределу пропорциональ­ности. При этом угол наклона этой прямой значительно меньше, чем при сжатии вдоль волокон, что соответствует значительно меньшей величине модуля упругости. После предела пропорцио­нальности перо самописца прочерчивает слабо изогнутую кривую (иногда волнистую) почти параллельную оси Δ£. Кубик быстро де­формируется почти без увеличения нагрузки, однако разрушение кубика обычно не наблюдается: он лишь спрессовывается. Испыта­ние заканчивают, когда величина деформации Δ£ достигает 1/3 первоначальной высоты образца. Нагрузка в этот момент условно считается разрушающей, хотя при дальнейшем нагружении за счет - спрессовывания древесины нагрузка будет расти несколько быстрее и станет выше условного значения Рв.

6. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ

1. Перед испытанием студентам необходимо ознакомиться с уст­ройством машины УММ-5 ( первое занятие и лабораторная ра­бота N 1) и правилами поведения в лаборатории при проведении испытаний (вводный инструктаж).

2.    Измеряют штангенциркулем характерные линейные размеры испытуемых образцов.

  1. Следят за установкой одного образца, включением машины,
    процессом испытания, вычерчиваемой диаграммой и коммен­
    тариями преподавателя.
  2. По прекращению испытания образца записывают величину
    усилия, получают от лаборанта или преподавателя образец по­
    сле испытания.
  3. Проводят испытание следующего образца ( пункты 3 и 4 ) и
    т.д..
  4. По окончанию испытания последнего образца получают от ла­
    боранта оригиналы диаграмм испытаний каждого из образцов,
    снимают копии в свой отчет и по указанию преподавателя при­
    ступают к обработке результатов испытаний.

7. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ

Определяют первоначальные площади поперечных сечений образцов по формулам: FO = π · d / 4 - для цилиндрических об­разцов JH Fg = а ι ·_ а 2 - для кубиков.

При испытании были зафиксированы по сйлЬйзмерйтелк^^разру-шающие нагрузки Рв или нагрузки, при которых испытания были остановлены (образцы из пластичных материалов и из древесины при сжатии поперек волокон). По одной из этих нагрузок опреде­ляют масштаб сил, а через него определяют для образца из пла­стичного материала и для образца из древесины при сжатии поперек волокон нагрузку соответствующую пределу пропорцио­нальности Рпц. Затем для образцов из пластичных материалов и древесины при сжатии поперек волокон определяют предел про­порциональности (σΠΙΙ= Рпц / FQ), а для образцов из хрупких материалов и древесины при сжатии вдоль волокон - предел прочности (σΒ= Рв / FO).

На основании полученных результатов испытаний нужно дать сравнительную оценку поведения при сжатии образцов из различных материалов (хрупких и пластичных, древесины вдоль и поперек волокон), а также сравнить прочность различных мате­риалов (древесины вдоль и поперек волокон) при работе их на сжатие. Следует обратить внимание на невозможность определе­ния предела прочности при сжатии образцов из мягкой стали и древесины при сжатии поперек волокон.

 

@reg

@support17

Сейчас 108 гостей онлайн

@(c)

Copyright © 2009-2011 Support17.com
Любое использование материалов, опубликованных на support17,
разрешается только в случае указания гиперссылки на Support17.com

@s

Родоначальницей всех приборостроительных специальностей явилась кафедра «Приборы точной механики», которая была открыта в 1961 г. на машиностроительном факультете.
В 1976 г. был организован оптико-механический факультет.