книги / Механика материалов. Методы и средства экспериментальных исследований

Содержание работы

Перед испытанием произвести замеры образцов, занести полученные результаты в табл. 5.3.

Таблица 5 . 3

Результаты замера образцов

Выполнение эксперимента включает в себя три основных этапа:

1)подготовка к работе испытательного оборудования,

2)создание метода испытания на кручение,

3)проведение испытания и обработка результатов.

Подготовка и проведение испытаний выполняются

только в присутствии инженера, обслуживающего испытательную систему.

I.Подготовка к работе испытательного оборудования

иобразцов

Для подготовки к работе необходимо запустить программное обеспечение управления машиной Instron Console, включить маслостанцию, включить испытательную машину. Убедиться, что все датчики системы (датчики силы, экстензометр) подключены и откалиброваны.

II. Создание метода испытания на кручение

Для создания метода проведения испытания на кручение

впрограмме WaveMatrix выполнить следующие действия:

1)Открыть программу WaveMatrix и создать новый метод.

121

На вкладке «Каналы», представленной на рис. 5.5, из списка доступных каналов 1 выбрать те, которые используются в испытании 2: положение, нагрузка, вращение, крутящий момент, деформация по экстензометру осевая, деформация по экстензометру сдвиговая. При этом некоторые каналы требуют ввода дополнительных параметров. Для канала «Деформация сдвига» нужно ввести величину измерительной базы экстензометра (10 мм) и радиус рабочей части образцавуказанных единицах.

Рис. 5.5. Вкладка Каналы создания метода испытания: 1 – доступные каналы, 2 – каналы, включенные в метод, 3 – область настройки параметров канала

3. На вкладке «Испытание» выбрать пункт «Очередность», на экране появится окно, представленное на рис. 5.6.

В открывшемся окне в области схематического представления шагов испытания выделить ячейку осевого нагружения. На панели выбора формы сигнала выбрать «Удерживать форму волны». На вкладке настройки параметров выбрать вкладку «Форма волны», в строках изменения параметров установить

122

режим управления «Нагрузка», продолжительность удержания – 30 мин. Конечное действие установить на пункте «Закончить ячейку, затем ждать остальные».

Рис. 5.6. Окно создания очередности шагов испытания: 1 – область схематического представления шагов испытания, 2 – панель выбора формы сигнала, 3 – вкладки настроек параметров сигнала, 4 – строки изменения параметров

Далее в области схематического представления шагов испытания выделить ячейку кручения. На панели выбора формы сигнала выбрать «Абсолютный линейный рост». На вкладке настройки параметров выбрать вкладку «Форма волны», в строках изменения параметров установить режим управления «Вращение», режим контроля – «Скорость». Установить скорость вращения 1 º/мин, конечное значение 40º. Конечное действие устано-

витьна пункте«Закончить все, затемзакончить испытание».

На вкладке настройки параметров выбрать вкладку «Событие», включить детектор событий. В строках изменения параметров установить режим управления «Крутящий момент», ус-

тановить тип события «Обратная связь падает ниже порогового

123

значения», пороговое значение – 0 Н·м. Конечное действие уста-

новить на пункте «Закончить все, затем закончить испытание».

Выполненная настройка детектора событий приводит к автоматической остановке испытания при разрушении образца.

4.На вкладке «Схема» выбрать режим отображения процесса испытания с одним графиком. На вкладке «График 1»

впункте «Общие положения» выбрать тип графика «X–Y», режим обновления «Последние данные». В пункте «Ось Х» уста-

новить канал «Деформация сдвига» в процентах, «Масштабирование» – «автоматическое». В пункте «Ось Y» установить канал «Крутящий момент» (единица измерения – Н·м, «Мас-

штабирование» – «автоматическое».

5.Сохранить созданный метод испытания под именем

«Лабораторный практикум. Кручение».

III. Проведение испытания и обработка результатов

1.Открыть программу WaveMatrix, выбрать пункт «Испытание», задать имя проекта «Кручение–испытание» и место расположения результатов эксперимента.

2.Из списка доступных методов выбрать созданный ранее метод испытания «Лабораторный практикум. Кручение».

3.Нажать на панели инструментов кнопку «Выполнить»,

впоявившемся окне предупреждения о начале испытания нажать «Ok», после чего подвижный захват начнет движение. При необходимости остановки эксперимента нажать кнопку «Закон-

чить испытание».

4.После завершения эксперимента все данные сохраняются в указанной ранее директории. Посредством программ Excel, MathCAD и других обработать полученные экспериментальные данные. Для расчета касательных напряжений используется формула

124

где M кр – крутящий момент, δ – толщина стенки образца, Rср – радиус средней части стенки. Rср и δ рассчитываются по данным из табл. 5.3 по формулам:

Построить диаграмму деформирования в координатах касательное напряжение – сдвиговая деформация. По полученной диаграмме определить модуль сдвига образца и предел прочности при чистом сдвиге.

5. Врезультатевыполненияэкспериментовзаполнитьтабл. 5.4:

5.3. ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ ПРИ СЛОЖНОМ НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ

Цель работы

Знакомство с методикой проведения испытаний в условиях плоского напряженного состояния при растяжении с кручением.

Объект исследования

Тонкостенные трубчатые образцы (рис. 5.7).

Испытательная установка

Испытания на кручение проводятся на универсальной двухосевой испытательной системе Instron 8850 с использованием двухосевого экстензометра.

125

маслостанцию, включить испытательную машину. Убедиться, что все датчики системы (датчики силы, экстензометр) подключены и откалиброваны.

II. Создание метода испытания на кручение

Испытания проводятся на трех образцах по различным траекториям деформирования. Параметры, задаваемые при создании метода испытания, приведены в табл. 5.6.

Таблица 5 . 6

Параметры деформирования, задаваемые в методе испытания

где ε – скорость осевого деформирования, γ – скорость измене-

ния угла сдвига.

Для создания метода проведения испытания на кручение в программе WaveMatrix необходимо выполнить следующие действия:

1. Открыть программу WaveMatrix и создать новый метод. На вкладке «Каналы» (рис. 5.7) из списка доступных каналов 1 выбрать каналы, используемые в испытании 2: положение, нагрузка, напряжение, вращение, крутящий момент, деформация по экстензометру осевая, деформация по экстензо-

метру сдвиговая.

127

При этом некоторые каналы требуют ввода дополнительных параметров. Для канала «Напряжение» в области настройки параметров 3 необходимо ввести площадь поперечного сечения рабочей части образца в указанных единицах (рис. 5.8). Используя данные из табл. 5.5, площадь поперечного сечения рассчитывается по формуле

где F – площадь поперечного сечения трубчатого образца (мм2), D – диаметр рабочей части (мм), d – внутренний диаметр образца (мм).

Осевое напряжение рассчитывается по формуле

где σ – осевое напряжение, P – осевая нагрузка, F – площадь поперечного сечения рабочей части образца.

Рис. 5.8. Вкладка «Каналы» создания метода испытания: 1 – доступные каналы, 2 – каналы, включенные в метод, 3 – область настройки параметров канала

128

Для канала «Деформация сдвига» нужно ввести величину измерительной базы экстензометра (10 мм) и радиус рабочей части образца из табл. 5.5.

2. На вкладке «Испытание» выбрать пункт «Очередность», послечего наэкранепоявитсяокно, представленное на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Окно создания очередности шагов испытания: 1 – область схематического представления шагов испытания, 2 – панель выбора формы сигнала, 3 – вкладки настроек параметров сигнала, 4 – строки изменения параметров

В открывшемся окне в области схематического представления шагов испытания выделить ячейку осевого нагружения. На панели выбора формы сигнала выбрать «Абсолютный линейный рост». На вкладке настройки параметров выбрать вкладку «Форма волны», в строках изменения параметров установить режим управления «Деформация осевая», режим контроля – «Скорость». Установить скорость и конечное значение осевой деформации согласно табл. 5.6. Конечное действие установить на пункте «Закончить все, затем закончить испытание».

129

Включить детектор событий, для этого на вкладке настройки параметров выбрать вкладку «Событие». В строках изменения параметров установить режим управления «Нагрузка», устано-

вить тип события «Обратная связь падает ниже порогового зна-

чения» (пороговое значение 0 Н). Конечное действие установить на пункте «Закончить все, затем закончить испытание».

Выполненная настройка детектора событий приводит к автоматической остановке испытания при разрушении образца.

В области схематического представления шагов испытания выделить ячейку кручения. На панели выбора формы сигнала выбрать «Абсолютный линейный рост». На вкладке настройки параметров выбрать вкладку «Форма волны», в строках изменения параметров установить режим управления

«Деформация сдвига», режим контроля – «Скорость». Устано-

вить скорость и конечное значение сдвиговой деформации согласно табл. 5.6. Конечное действие установить на пункте «За-

кончить все, затем закончить испытание».

3.На вкладке «Схема» выбрать режим отображения процесса испытания с двумя графиками. На вкладке «График 1»

впункте «Общие положения» выбрать тип графика «X–Y», режим обновления «Последние данные». В пункте «Ось Х» установить канал «Деформация осевая» в процентах, «Масштабирование» – «автоматическое». В пункте «Ось Y» установить канал «Напряжение» в МПа, «Масштабирование автоматическое».

На вкладке «График 2» в пункте «Общие положения» вы-

брать тип графика «X–Y», режим обновления «Последние данные». В пункте «Ось Х» установить канал «Деформация сдвига»

впроцентах, «Масштабирование» – «автоматическое». В пунк-

те «Ось Y» установить канал «Крутящий момент» в Н·м, «Мас-

штабирование» – «автоматическое».

4.Сохранить созданный метод испытания под именем

«Лабораторный практикум. Пропорциональное растяжение с кручением».

130