Будь умным!


У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.ru

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОН

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2015-07-10


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (ИСПЫТАНИЕ НА РАСТЯЖЕНИЕ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе по дисциплине «Материаловедение и ТКМ» 

для студентов всех специальностей очной и заочной форм обучения

Тюмень   2003


Цель работы:
Изучить методику проведения испытаний на растяжение и определения механических свойств.

Задача: Провести испытания на растяжение различных материалов и определить показатели прочности и пластичности.

Материалы и оборудование

Для проведения работы необходимы: испытательная машина, линейка, микрометр, штангенциркуль, образцы различных металлических материалов.

Общие положения

Механическими называют свойства, которые материал проявляет при действии на него внешних, механических сил со стороны других тел. Действие силы вызывает деформацию твердого тела, и в нем возникают напряжения. Напряжение является удельной величиной и определяется как отношение силы, действующей на тело, к площади его сечения:

;

где   – напряжение;

 Р – сила;

 F – площадь поперечного сечения (рис. 1).

Напряжение в системе СИ выражается в Н/м2 или МН/м2 т.е. МПа. На практике может быть использована размерность кгс/мм2, (1 кгс/мм2  9,81 МПа). В общем случае сила не перпендикулярна площадке, на которую она действует. Тогда ее, как и любой вектор, можно разложить на две составляющие: нормальную (перпендикулярную к площадке), создающую нормальное напряжение  и касательную, действующую в плоскости площадки и вызывающую касательное напряжение  (рис. 2).

 

Рис. 1. Схема нормальных сил

Рис. 2. Схема составляющих сил

В механических испытаниях определяют именно эти напряжения. Их же используют при определении усилий, необходимых для обработки металлов давлением и при расчетах деталей на прочность. Это связано с тем, что одни процессы при деформировании и разрушении определяются касательными напряжениями (пластическая деформация, разрушение путем среза), а другие - нормальными (разрушение отрывом). Нормальные напряжения делят на растягивающие и сжимающие. Под действием механических сил твердое тело деформируется. Деформацией в механике называется процесс изменения взаимного расположения каких-либо точек твердого тела. Деформация может быть обратимой (упругой), исчезающей после снятия нагрузки, и необратимой - остающейся после снятия деформирующего усилия. Необратимую деформацию называют пластической или остаточной. При определенных условиях нагружения деформация может закончиться разрушением.

Процесс деформации под действием постепенно возрастающей нагрузки складывается из трех последовательно накладывающихся одна на другую стадий (рис. 3)

Рис. 3.Схема процесса деформации

Даже незначительное усилие вызывает упругую деформацию, которая в чистом виде наблюдается только при нагрузках до точки А. Упругая деформация характеризуется прямопропорциональной зависимостью от нагрузки и упругим изменениям межатомных расстояний. При нагрузках выше точки А в отдельных зернах металла, ориентированных наиболее благоприятно относительно направления деформации, начинается пластическая деформация. Дальнейшее увеличение нагрузки вызывает и увеличение упругой, и пластической деформации (участок АВ). При нагрузках точки В возрастание упругой деформации прекращается. Начинается процесс разрушения, который завершается в точке С.

Механические свойства материалов: прочность, твердость, пластичность, вязкость, упругость определяются при различных условиях нагружения и разных схемах приложения усилий. Широко распространено испытание материалов на растяжение, по результатам которого можно определить в частности показатели прочности и пластичности материала.

Прочность - это способность материала сопротивляться пластической деформации под действием внешних нагрузок.

Пластичность - это способность материала проявлять, не разрушаясь, остаточную деформацию.

Условия приведения испытаний и порядок определения показателей механических свойств регламентированы стандартом ГОСТ 1497-84.

Подготовка к испытанию

Для проведения испытаний рекомендуется применять круглые или плоские пропорциональные образцы (рис. 4), у которых начальная расчетная длина пропорциональна диаметру d0 или корню квадратному из площади сечения образца F0. Предпочтительны соотношения l0 = 5d0 для круглых и для плоских образцов.

Рис. 4 Образцы для испытаний:

а – круглый; б – плоский.

L - общая длина; l - рабочая длина; l0 - начальная расчетная длина;

d0 - диаметр образца до испытания; а - толщина;

b - ширина; R - радиус скругления.

Испытания на растяжение арматурных сталей имеют некоторые особенности. В железобетонных конструкциях сталь используется в состоянии поставки с сохранением поверхности. Механические свойства центральной части и поверхностных слоев могут заметно отличаться. Это отличие может быть вызвано ликвацией "С" и "Р", нагартовкой поверхности, различием структур из-за разных условий охлаждения после прокатки и т.п.

В стержнях периодического профиля напряжения возникающие под нагрузкой, по длине распределяются тоже не равномерно, поэтому арматурную круглую и периодического профиля сталь диаметром от 3 до 80 мм по ГОСТ 12004-81 необходимо испытывать с необработанной поверхностью. В этом случае условия испытания наиболее полно соответствуют условиям работы арматурных стержней в железобетонной конструкции.

При испытании стержней периодического профиля используется понятие «номинальный диаметр». Номинальный диаметр dН для стержневой арматуры равен номинальному диаметру равновеликих по площади поперечного сечения круглых стержней (рис. 5). Площадь сечения в этом случае вычисляется по формуле

;

где m - масса стержня [кг]; l - длина стержня [м]; - плотность [кг/м3] (для стали – 7850 кг/м3).

Рис. 5. Сечение арматурного стержня периодического профиля

Оборудование для испытаний

Для проведения испытаний могут быть использованы специальные или универсальные испытательные машины Рассмотрим устройство испытательной машины на примере УММ-5 (рис. 6) Машина УММ-5 имеет электромеханический привод 1 подвижного захвата 2, скорость перемещения которого может быть установлена с помощью рычага коробки скоростей.

Рис. 6.

Схема испытательной машины УММ-5

С неподвижным захватом 3 связан рычажно-маятниковый сило-измеритель 4. Возрастание усилия в верхнем неподвижном захвате 3 вызывает соответствующее отклонение маятника 5, происходит уравновешивание. Величина усилия показывается стрелкой на круговой шкале 6. Машина имеет диаграммный аппарат 7, позволяющий записывать при испытании кривую деформации в координатах сила – деформация.

Проведение испытаний

Перед испытанием определяют начальную площадь поперечного сечения F0. Метками (неглубокими кернами или рисками) на рабочей длине l, обозначают расчетную длину l0. Подготовленный образец закрепляют в захватах испытательной машины.

Включают электропривод машины и наблюдают за процессом испытания. В процессе испытания при деформировании образца возрастает нагрузка. Зависимость нагрузки от абсолютной деформации записывается с помощью диаграммного устройства (рис. 6, поз. 7).

На диаграмме по оси ординат откладывается нагрузка Р в ньютонах (или кгс), а по оси абсцисс - величина абсолютных удлинении l в определенном масштабе.

После разрыва образца выключают электропривод, вынимают из захватов обе части образца, с диаграммного аппарата снимают часть ленты с написанной диаграммой (первичной).

Вид диаграммы растяжения зависит от природы материала и от его структурного состояния (рис 7).

Рис. 7. Виды диаграмм растяжения различных материалов

а - для большинства металлов в пластичном состоянии с постепенным переходом из упругой области в пластическую (медь, бронза, легированные стали);

б - для некоторых металлов в пластичном состоянии со скачкообразным переходом в пластическую область (малоуглеродистая сталь, некоторые отожженные бронзы);

в - для хрупких материалов (чугун, стекло, закаленная и неотпущенная сталь, силумин).

Рассмотрим стадии растяжения на примере малоуглеродистой стали (рис 7, б).

Вначале до точки А зависимость между нагрузкой и удлинением изображается прямой линией, т.е. наблюдается прямая пропорциональность между удлинением и нагрузкой. Интенсивность возрастания нагрузки с ростом удлинения характеризует жесткость материала.

Ордината точки А соответствует нагрузке при пределе пропорциональности Рпц . До предела пропорциональности в образце возникают только упругие деформации. При дальнейшем растяжении образца начинается заметное отклонение линии от первоначального направления, приводящее в случае малоуглеродистой стали к появлению на диаграмме горизонтального или почти горизонтального участка. Это означает, что образец удлиняется без заметного возрастания растягивающей нагрузки. Материал как бы течет, поэтому нагрузка Рт, соответствующая горизонтальному участку (точка В) называется нагрузкой при пределе текучести.

В период течения в образце происходит пластическая деформация, возрастает количество дислокации и других дефектов. В результате этого металл упрочняется. Поэтому при дальнейшем растяжении нагрузка вновь начинает увеличиваться и достигает значения РМАХ соответствующего ординате максимально удаленной точки С на кривой растяжения. При нагрузке РМАХ деформация образца локализуются, начинает образовываться шейка - местное уменьшение сечения. Нагрузку РМАХ называют нагрузкой на пределе прочности, или нагрузкой временного сопротивления. При нагрузке соответствующей точке К, происходит разрыв образца.

Нагрузки Рпц , Рт, РМАХ и т.п. являются характеристиками данного образца. Свойства же материала характеризуют другими показателями.

Показатели прочности

Сопротивление малым пластическим деформациям характеризуют предел пропорциональности, предел упругости и предел текучести.

1. Предел пропорциональности - это напряжение, ниже которого соблюдается прямая пропорциональная зависимость между напряжением и относительной деформацией:

,

где Рпц  - нагрузка при пределе пропорциональности.

2. Предел упругости 0,05 - это условное напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,05% расчетной длины. Ввиду малости величины остаточной деформации на пределе упругости его иногда принимают равным пределу пропорциональности.

3. Предел текучести физический - это наименьшее напряжение при котором образец деформируется без увеличения растягивающей нагрузки:

,

Если на кривой деформации отсутствует четко выраженная площадка текучести (рис. 7, а), то определяют предел текучести условный.

4. Условный предел текучести 0,2  - это напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% длины участка образца на его рабочей части, удлинение которого принимается в расчет при определении указанной характеристики:

,

5. Сопротивление значительным пластическим деформациям (для пластичных материалов) характеризуется пределом прочности.

Предел прочности (временное сопротивление) В - это условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке РМАХ, предшествовавшей разрыву образца:

.

Показатели пластичности

1. Относительное удлинение после разрыва - это отношение приращения расчетной длины образца (lKl0) после разрушения (рис. 8) к начальной расчетной длине l0, выраженное в процентах:

Для определения длины расчетной части lK после разрыва части образца плотно прикладывают друг к другу (рис. 8) и измеряют расстояние между метками, которые ограничивали начальную расчета длину.

Рис. 8. Круглый образец после испытания на растяжение

2. Относительное сужение - это отношение абсолютного уменьшения площади поперечного сечения в шейке образца (F0FK) к начальной площади сечения F0 выраженное в процентах:

где F0 и FK - площади поперечного сечения образца до и после испытания соответственно.

Порядок выполнения работы

1. Изучить основные теоретические положения и условия проведения испытаний на растяжение.

2. Испытать на растяжение образцы различных материалов с записью диаграммы растяжения. Результаты занести в протокол (табл. 1).

3. Обработать результаты, определить механические свойства испытанных материалов и сравнить их с табличными значениями.

4. Определить класс прочности строительной стали.

5. Определить категорию прочности арматурной стали.

Таблица 1

Протокол испытаний на растяжение

Показатели

образец

№1

№2

№3

Материал образца

Диаметр образца

до испытания d0

после испытания dK

мм

мм

Площадь поперечного сечения

до испытания F0

после испытания FK

мм

мм

Длина расчетной части

до испытания l0

после испытания lK

мм

мм

Нагрузки, соответствующие

пределу текучести:

физическому PT

условному P0,2

пределу прочности PMAX

Н

Н

Н

Предел текучести

физический T

условный 0,2

МПа

МПа

Предел прочности B

МПа

Относительное удлинение

%

Относительное сужение

%




1. Информационное обеспечение природоохранной деятельности
2. Вода1
3. PRIMER Y SEGUND En lt~n todo sustntivo posee sus csos dndo lugr que morfol~gicmente l plbr cmbie y ese cmbio le otorgue distints funciones
4. Выбор оптимального пути Теоретические основы плавания по ортодромии дуга большого круга её уравнение и параметры Элементы дуги большого круга начальный и конечный курсы длина ортодромии
5. Институт экспериментальной социологии
6. Тема 32- Правила выплаты пенсий и пособий в ОСЗН и ПФ РФ
7. СВЯЗЬ В АРТИЛЛЕРИИ
8. Науки о человеке и обществе
9. шумовая болезнь.
10. Загальна характеристика класу Птахи
11. тематике в подготовительной к школе группе В гостях у кота Леопольда
12. тема видов деятельности как условие разностороннего развития личности
13. Решение экономических задач
14. .Показатели эффективности как оценка качества деятельности в социальной сфере
15. Рынок гостиничных услуг в Санкт-Петербурге
16. местное хозяйство.html
17. Задание На основе исходных данных рассчитать техникоэкономические показатели деятельности производствен
18. внимание используется достаточно часто
19. Глобальне потепління чи похолодання клімату Реакція океану
20. Тема Негосударственные пенсионные фонды в Российской Федерации