Лаб_ работы по Сопромату часть 1

31

Рис.5.4.Схема машины ГМС-50

Для удобства наблюдений за процессом испытания верхняя часть включает специальный удлинитель 7, вставляемый хвостовиком в нижний торец рабочего цилиндра и удерживаемый от выпадения специальным замком сбоку цилиндра. От изгиба удлинитель предохраняет поперечина. На нижний конец удлинителя крепится сферическая самоустанавливающаяся опора 6.

Включают машину, подвижную часть поднимают на 20...30 мм и устанавливают рабочую стрелку на нуль. Механическим приводом подводят

подвижную траверсу до упора испытуемого образца в верхнюю опору приспособления и включают диаграммный аппарат 16. Затем рукояткой 17 устанавливают необходимую скорость нагружения и проводят испытание.

При испытании медных образцов необходимо непрерывно следить за стрелкой силоизмерителя. Кратковременная остановка ее или замедление

32

движения указывают на площадку текучести. Замеченная по силоизмерителю нагрузка в этот момент соответствует пределу текучести. Так как разрушение пластичного материала от сжатия невозможно, испытание прекращают при нагрузках 0,8...0,9 от предельной.

Испытание чугунного образца проводят до разрушения. Максимальная нагрузка фиксируется контрольной стрелкой силоизмерителя. При разрушении чугунного образца возникают трещины, наклоненные под углом в 40...50° к оси образца (рис.5.2). При испытании хрупких материалов необходимо применять прозрачные пластмассовые ограждения.

Обработка экспериментальных данных. Деформированный медный образец снимают с испытательной машины, измеряют его высоту и диаметр посередине. Внешний вид деформированного образца зарисовывают и оценивают полученное максимальное относительное укорочение.

Подсчитав площадь поперечного сечения образца до испытания F0 ,

определяют предел текучести

σТ = PТ .

F0

Для хрупких материалов (чугун) определяется предел прочности

σв = Pmax .

F0

В заключение работы студентам предлагается сделать выводы о поведении различных материалов при сжатии.

Вопросы для самопроверки

1.Какая деформация называется сжатием?

2.Отличие деформации сжатия от растяжения.

3.Принцип работы испытательной машины ГМС-50.

4.Расположение ординат диаграмм растяжения, сжатия и истинной.

5.Дать определение и написать формулы для подсчета предела текучести при сжатии;

33

6.Дать определение и написать формулы для подсчета предела прочности при сжатии.

7.Почему истинные напряжения меньше условных?

8.Почему не удается разрушить образцы из пластичных материалов?

9.Как разрушаются образцы из хрупких материалов?

10.Что осложняют картину деформации при проведении испытаний?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 ИСПЫТАНИЕ НА СРЕЗ

Цель работы - определение предела прочности на перерезывание. Постановка задачи. Сдвиг - это деформация, при которой действие

внешних факторов приводится к силе, перпендикулярной продольной оси бруса и проходящей через центр тяжести поперечного сечения. Сдвиг в металле называют срезом.

Элементы конструкций, работающие на срез, подвергаются более сложному напряженному состоянию, чем чистый сдвиг. Поэтому допускаемые

напряжения для них должны базироваться на экспериментальных данных специальных испытаний на срез. Обычно временное сопротивление при срезе составляет 0,6...О,8 от временного сопротивления при растяжении.

Образцы для испытаний. Образцы для испытаний представляют круглые стержни (рис.6.1). Испытание проводится на двойной срез. Обычно l = 5d0 .

34

Рис.6.1.Испытание на срез: a - образец; б - разрушенный образец; в - схема приспособления

Проведение испытаний. Испытание на срез выполняется на машине ГMC50, устройство которой описано в работе № 5. Замеряют диаметр образца в трех сечениях по длине с точностью до 0,01 мм. За начальный диаметр d0

принимают средний из замеренных. Образец вставляют в отверстия приспособления для испытаний на срез. Включают машину и устанавливают рабочую стрелку на нуль. Механическим приводом подводят подвижную траверсу до упора верхней кромки приспособления в удлинитель. Затем

рукояткой управления устанавливают необходимую скорость нагружения и проводят испытание. После разрушения образца контрольная стрелка фиксирует максимальную нагрузку.

Обработка экспериментальных данных. По диаметру образца, замеренному перед испытанием, определяют площадь среза

Fср = 2 πd402 ,

и затем по максимальной нагрузке вычисляют предел прочности на срез

τв = Pmax Fср .

Вопросы для самопроверки

1.Какая деформация называется сдвигом?

2.Какие силовые факторы вызывают срез?

3.Какие напряжения возникают при срезе?

4.Как распределены напряжения по поперечному сечению?

5.Как получить формулу для определения напряжений при срезе?

6.Какое разрушение называется двусрезным?

7.Принцип работы испытательной машины ГМС-50.

8.Как вычислить предел прочности при срезе?

9.Какие требования должны предъявляться к конструкции приспособления для проведения испытаний на срез?

35

10.Какие детали машин работают в условиях среза? Приведите примеры.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 ИСПЫТАНИЕ НА КРУЧЕНИЕ

1.Цель работы - ознакомление с методикой испытаний на кручение и определение механических характеристик при кручении мягкой стали.

2.Постановка задачи. Кручением называется деформация, при которой

действие нагрузок приводится к моментам относительно продольной оси бруса.

При кручении круглого вала поперечные сечения не меняют своих размеров и, оставаясь плоскими, поворачивается друг относительно друга на некоторый угол. Если на поверхность образца навести сетку, то ее искажение при кручении показывает, что волокна материала находятся в условиях чистого сдвига. Продольная черта, нанесенная на поверхность образца, обращается в винтовую линию. Угол относительного поворота крайних сечений на участке расчетной длины l называют углом закручивания ϕ (рис.7.1). При кручении

образующие цилиндрической поверхности образца поворачиваются на угол сдвига γ.

Рис.7.1. Схема деформации кручения

В плоскости поперечного сечения при кручении возникают касательные напряжения, распределенные по радиусу по линейному закону. Максимальная

их величина на поверхности образца в упругой области работы материала подсчитывается по формуле

36

поперечного сечения; d - диаметр образца.

Диаграмма крученая (рис. 7.2) имеет те же характерные точки, что и диаграммы растяжения. Отличие диаграммы кручения заключается в отсутствии площадки текучести (при наступлении текучести в наружных волокнах продолжает работать упругая сердцевина, за счет этого крутящий момент растет, хотя и медленно) и в отсутствии ниспадающего участка диаграммы, так как при кручении шейка на образце не образуется. Пластические материалы разрушаются путем среза по сечению, перпендикулярному оси образца. Образец в месте разрушения имеет вид полированной блестящей поверхности, как бы срезанной ножом. Образцы из хрупких материалов (чугун) разрушаются путем отрыва по плоскостям, наклоненным под углом в 45° к оси образца.

ГОСТ 3565-80 устанавливает методы определения следующих механических характеристик при кручении: модуля сдвига G; предела пропорциональности τ пц; условного предела текучести τ 0,3 при остаточном сдвиге равном 0,3%; предела прочности τ пч; максимального остаточного сдвига

γ max.

Рис. 7.2. Диаграмма кручения и разрушенный образец 3. Образцы для испытаний

37

Нормальные образцы для испытаний на кручение по ГОСТу 3565-80 изготовляются цилиндрическими с диаметром рабочей части 10 мм и с расчетной длиной 100 или 50 мм (рис. 7.3). Разность между наибольшим и наименьшим диаметрами на рабочей части образца не должна превышать 0,2% номинального значения диаметра. Допускается испытание образцов, пропорциональных нормальным, а также трубчатых образцов.

Рис.7.3. Образец для испытаний на кручение 4. Машина для испытаний на кручение

Для испытаний используется машина КМ-50-1 с максимальным крутящим моментом 500 Н·м. Она относится к типу испытательных машин с механическим нагружением вертикально расположенного образца и рычажно- маятниковым моментоизмерителем (рис.7.4).

Образец 1, зажатый в захватах 2 и 3, подвергается кручению при помощи механизма привода. Привод работает следующим образом: электродвигатель 4, установленный внутри корпуса привода, через клиноременную передачу 5 приводит во вращение червячную пару 6, которая через коробку скоростей 7 и червячную пару 9 вращает ходовой винт 10 с установленным на нем нижним захватом.

Кроме механического, машина снабжена, также ручным приводом 26. При работе электродвигателя, в зависимости от установки переключателя 8, активный захват совершает 1 или 0,3 оборота в минуту. При работе ручным

приводом переключатель скоростей должен быть установлен в нейтральное положение, чтобы зубчатые передачи не работали, т.е. против отметки «0». Для закрепления образцов различной длины нижний активный захват 2 может устанавливаться на различной высоте маховиком 27.

38

Момент, приложенный к нижнему захвату, предается через механизм 11 маятнику 12, который отклоняется вместе с рычагом 13, связанным с рейкой 14. Рейка, поднимаясь с рычагом 13, вращает шестерню 15, на которой сидит стрелка 16, показывающая крутящий момент на шкале моментоизмерителя. Машина имеет 3 шкалы с пределами измерений: шкала А до 500 Н·м; Б до 200 Н·м; шкала В до 100 Н·м. Цена деления шкал: А - 1 Н·м; Б - 0,5 Н·м; В - 0,2 Н·м. Переход от одной шкалы к другой осуществляется за счет сменных грузов.

Угол закручивания отсчитывается по шкале, установленной на ходовом винте. В шкале 360 делений, цена каждого из них соответствует углу закручивания в 1°. Целые обороты ходового винта фиксирует специальный счетчик с пределом в 10 оборотов. Показания по шкале углов закручивания соответствуют относительному повороту захватов машине, так как поправка на

поворот верхнего захвата вносится автоматически корректирующим приспособлением. Верхнюю направляющую корректирующего устройства перед испытанием, образца необходимо подводить рукой до соприкосновения с верхним захватом 3. Нижняя направляющая корректирующего устройства

должна все время быть в зацеплении с нижним кольцом шкалы углов закручивания.

39

Рис. 7.4. Схема машины KM-50-1

Рейка 14 также жестко связана с пером 18 диаграммного аппарата 19, записывающего диаграмму «крутящий момент - угол закручивания». По оси ординат диаграммного барабана записывается крутящий момент, а по оси абсцисс - угол закручивания. Диаграммный аппарат вращается от привода машины через шестеренки 22, 23, 24, валик и редуктор скоростей 20. Масштаб записи на диаграммном аппарате 1 мм = 0,5 или 1 мм = 0,1 градуса угла закручивания и 1 мм = 1/150 предельного значения каждой шкалы по крутящему моменту.

5. Проведение испытания

Производят микрометром замер диаметра образца в трех местах по длине рабочей части с точностью до 0,01 мм. Отмечается рабочая длина образца и

наносится черта вдоль образующей цилиндрической поверхности образца для наблюдения за проведением образующей образца. Образец закрепляют в захватах машины и проводят настройку на выбранную шкалу. Так как машинная диаграмма кручения вычерчивается в мелком масштабе, то используется методика ее построения по точкам. Нагружение осуществляется

40

ступенями и на каждой ступени ведут отсчет моментов по шкале нагрузок и углов закручивания по счетчику и шкале. Особо фиксируются в момент

разрушения максимальный крутящий момент по контрольной стрелке и максимальный угол закручивания. После разрушения половинки образца вынимают из захватов, и путем осмотра места разрушения делают заключение

охарактере разрушения;

6.Обработка результатов испытаний по ГОСТу 3565-80

После построения по точкам диаграммы кручения откладывают на ней остаточный угол закручивания в радианах

ϕ0,3 = 1000,3 × 2dl

иопределяют момент M0,3 по методике, описанной в работе 2. Условный

предел текучести определяется по формуле

По данным в момент разрушения: максимальному крутящему моменту

Mmax и максимальному углу закручивания ϕmax (в градусах) на расчетной

длине подсчитывают предел прочности при кручении

7.Вопросы для самопроверки

1.Какая деформация называется кручением?

2.Перечислите гипотезы, используемые при изучении кручения круглых валов.

3.Какие напряжения возникают при кручении сплошного вала

икак они изменяются по поперечному сечению?