Работа № 12 испытание на кручение цилиндрических образцов из различных материалов

Цель работы: сравнить характеры разрушения стального, деревянного и чугунного образцов при кручении и определить временное сопротивление.

При кручении круглых стержней в поперечных сечениях возникают касательные напряжения, величина которых определяется по формуле (43).

По закону парности в продольных сечениях стержня возникают такие же по величине, но противоположные по направлению касательные напряжения. На рис.29, а представлено распределение касательных нап­ряжений в поперечном и продольном сечении стержня.

Бесконечно малые элементы, выделенные вблизи наружной поверхности круглого стержня, при кручении испытывают деформацию чистого сдвига (рис.29, б). Главные напряжения равны

₌τ, ₌-τ

и действуют по площадкам, наклоненным к оси стержня на угол 45⁰.

Таким образом, при кручении круглых стержней опасными могут быть как касательные напряжения в продольных и поперечных сечениях, так и нормальные напряжения, действующие по площадкам, наклоненным к оси стержня на угол 45⁰. Характер разрушения зависит от способности ма­териала сопротивляться деформациям сдвига и растяжения.

Древесина слабо сопротивляется скалыванию вдоль волокон. Поэтому деревянные круглые стержни разрушаются при кручении путем образова­ния трещин вдоль образующих (рис.30, а) от действия касательных напряжений в продольных сечениях.

Хрупкие материалы (чугун, бетон, стекло и др.) слабо сопротивляются растягивающим напряжениям. Поэтому стержни из хрупких материалов при кручении разрушаются по винтовой линии, касательная к которой составляет угол 45⁰ с осью стержня, от действия растягивающих напряжений (рис. 30, б).

Стальные стержни при кручении разрушаются по поперечным сечениям от действия касательных напряжений в этих сечениях.

На рис.31 представлены диаграммы кручениядля стали (а), чугуна (б) и дерева (в), гдеТ- крутящий момент, - угол закручивания.

Рис.29

Рис.30

Рис.31

Диаграммы кручения для стали и дерева имеют вначале линейный участок - угол закручивания пропорционален крутящему моменту (за­кон Гука). Диаграмма кручения для чугуна не имеет линейного участка.

ОПИСАНИЕ ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

Испытания производятся на машине KM-50-1с максимальным крутя­щим моментом 500 Н∙м. Машина предназначена для испытания на кручение образцов круглого, прямоугольного и кольцевого поперечных сечений длиной от 130 до 300мм.

Машина имеет диаграммный аппарат для записи зависимости между крутящим моментом Т и углом закручивания

Проведение испытания

1. Установить образец в захватах испытательной машины.

2. Установить в диаграммный аппарат лист миллиметровой бумаги.

3. Плавно нагружать образец крутящим моментом до разрушения.

4. По шкале силоизмерительного устройства определить максимальный крутящиймомент T_max.

5.Извлечь из захватов машины обе части образца.

Обработка результатов испытания

1. Вычислить полярный момент сопротивления сечения

. (46)

2. Вычислить временное сопротивление при кручении:

для стального образца [1]

; (47)

для чугунного и деревянного образцов

. (48)

3. Выполнить эскизы образцов после разрушения.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается закон парности касательных напряжений?

2. Чему равны главные напряжения при чистом сдвиге?

3. Укажите характер разрушения древесины.

4. Как разрушаются хрупкие материалы?

5. В каких координатах строятся диаграммы кручения?