лабораторная сопромат 1

Цель работы: изучение методики испытаний на растяжение пластичных и хрупких материалов; определение характеристик прочности и пластичности углеродистой стали и серого чугуна при растяжении.

Механические испытания конструкционных материалов предназначены для экспериментального определения характеристик прочности, пластичность, упругости и многих других, которые необходимы для расчетов на прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкций. Механические испытания проводятся также при контроле качества материалов на производстве, исследование влияния на механические свойства материалов химического состава и режимов термической обработки, низких и высоких температур, агрессивных сред, длительности нагружения, вида напряженного состояния и других факторов. Испытания материалов на растяжения являются основным и наиболее распространенным методом изучения механических свойств, поскольку они сравнительно просто осуществимы, подробно разработаны и нормированы (ГОСТ 1497-84), позволяют получать наиболее важные характеристики прочности, пластичности и упругости.

Постановка работы: На машине УГ-20 проведены испытания стального и чугунного образцов на растяжение Р, кН: (∆l+δ ), mm, где δ – упругие деформации нагруженных частей испытательной машины. Указанны масштабы нагрузок и деформаций размеры образов до и после испытаний. Определить характеристики прочности и пластичности стали и чугуна при растяжении.

Испытание углеродистой стали на растяжение.

1. Пред испытанием измеряем диаметр d₀=15,0 мм и длину l= 170 мм рабочей части образца. Вычисляем площадь сечения F₀=πd₀²/4 = 177 мм² = 177 10^-6 м². Затем на рабочей длине наносим штангенциркулем риски, определяющие расчетную длину l₀ =10d₀=150 мм образца. Образец устанавливается в захваты испытательной машины и проводится его растяжение вплоть до разрушения. После разрушения определяем характерные размеры образца: диаметр шейки d_ш=9,40 мм; расчетная длина после разрыва l_0p=180,6 мм. Вычисляем площадь сечения F_ш = πd_ш²/4=69,4 мм² = 69,4 10^-6 м².

Стальной образец при растяжении разрушается после образования шейки. В центре минимального сечения шейки зарождается трещина, которая затем развивается по конической поверхности примерно под углом 45^о, где действует τ_max , до окончательного разрушения образца.

2. Записанную на машине УГ-20 кривую растяжения подвергаем обработке. Для этого проводим горизонтальную ось деформаций (∆l+δ ),соответствующую нулевой нагрузке. Затем из точки 0 пересечения прямолинейного участка кривой растяжения с осью (∆l+δ ), проводим вертикальную ось нагрузок Р. Зная масштабы записи нагрузок _р=1,26 кН/мм и деформаций _∆l =0,48 кН/мм, наносим размерную сетку на диаграмму растяжения Р - (∆l+δ ). Из диаграммы растяжения видно, что если образец подвергнуть упругопластичному деформированию, а затем разгрузить, то линии разгрузки и повторного нагружения примерно параллельны прямолинейному участку диаграммы растяжения ( закон упругой разгрузки).

3. Определяем нагрузку Р_пц, соответствующую пределу пропорциональности. Для этого в соответствии с ГОСТ 1497-84 на прямолинейном участке диаграммы Р - (∆l+δ ) проводим прямую МК, откладываем отрезок KN=0,5MK, проводим прямую 0N и параллельно ей – касательную к кривой растяжения. Ордината точки h_пц представляет собой в масштабе нагрузку Р_пц=h_пцμ_p= 47,5 мм 1,26 кН/мм = 59,85кН.

4. Нагрузка Р_у, соответствующая пределу упругости, определяется по допуску относительной остаточной деформации 0,05%. Это соответствует абсолютной остаточной деформации ∆l_0,05=0,0005l = 0,0005 170= 0,085 мм. На оси деформации в масштабе откладываем∆l_0,05,проводим прямую, параллельную линейному участку. Ордината h_y точки пересечения прямой с кривой растяжения соответствует в масштабе нагрузок Р_у=h_уμ_p=52,5 1,26 = 66,15 кН.

5. Нагрузка Р_Т соответствующая физическому пределу текучести, определялся ординатой h_T площадки текучести на диаграмме растяжения Р_т=h_тμ_p=57,5 1,26 = 72,45 кН.

6. Нагрузка Р_в, соответствующая пределу прочности, - это наибольшая нагрузка при разрыве образца: Р_в=h_вμ_p=95 1,26= 119,7 кН.

7. Нагрузка Р_к, соответствующая разрушению образца, равна: Р_к=h_кμ_p=89,0 1,26=112,14 кН.

8. Наносим на диаграмму Р - (∆l+δ ) полученные нагрузки.

9. Определяем характеристики прочности стали при растяжении:

- предел пропорциональности (напряжение, превышение которого ведет к нарушению линейной зависимости между нагрузкой Р и удлинением ∆l образца)

.

- предел упругости (напряжение, которое соответствует относительной остаточной деформации 0,05%)

.

- физический предел текучести( напряжение, которое соответствует площадке текучести на диаграмме растяжения)

.

- предел прочности или временное сопротивление (напряжение, которое соответствует наибольшей нагрузке после разрушения образца)

.

- сопротивление отрыву в шейке образца

.

Чем выше эти характеристики, тем материал прочнее.

10. Находим характеристики пластичности при растяжении:

- относительное остаточное удлинение после разрыва образца

- относительное остаточное сужение в шейке после разрыва образца

Чем выше характеристики и 𝜓, тем материал пластичнее.

Испытание серого чугуна на растяжение

1. Чугунный образец до испытаний аналогичен стальному( d₀=15,0 мм; F₀=πd₀²/4 = 177 мм² = 177 10^-6 м² ; l₀ =10d₀=150 мм). Вид образца и его характерные размеры после разрыва:

d_0p=14,9 мм; l_0p=151,0 мм;

F_р=πd_0р²/4 = 174 мм² = 174 10^-6 м²

Чугунный образец при растяжении разрушается по ослабленному пороками структуры сечению перпендикулярно оси путем отрыва.

2. Обработка диаграммы растяжения чугунного образца проводится аналогично рассмотренной для стального образца.

3. По диаграмме Р - (∆l+δ )определяем нагрузку, соответствующую пределу прочности: Р_вр=h_врμ_p=68 0,360 = 24,5 кН

4. Предел прочности серого чугуна при растяжении

.

5. Характеристики пластичности серого чугуна при растяжении:

- относительное остаточное удлинение после разрыва образца

- относительное остаточное сужение после разрыва образца

Выводы:

1. Изучена методика испытаний пластичных и хрупких материалов на растяжение.

2. Определены характеристики прочности и пластичности углеродистой стали и серого чугуна при растяжении.

7