Материалдардың серпімділік қасиеттерін сипаттайтын тұрақтыларын анықтау.

Жұмыстың мақсаты: Студенттерді болат материалының серпімділік модулін (Е) және Пуассон коэффициентін ( ) тәжірибе арқылы анықтау тәсілімен таныстыру.

Сынақ қондырғысы мен сыналатын үлгі.

Бұл сынақты орындау үшін ЦДМ -5 маркалы үлгіні созыуға (сығуға) арналған машинасы қолданылады. Машинаның жүк түсіру қабілеті 55,0 кН.

Үлгі ретінде болаттан жасалған пластина пайдаланылады, оның өлшемдері 7 - суретте көрсетілген. 7 - суретте көрсетілгеніндей етіп пластина бетіне екі тензорезисторлық сезімтал датчиктер клейленіп жапсырылады.

Оның біріншісі Т₁ үлгінің бойына (өсіне) параллель, ал екіншісі Т₂ көлденең орналастырылады.

7 – Сурет.

Сынақты жүргізу және қорытындысын өңдеу тәртібі.

7 - суретте кескінделгендей етіп жиналған үлгі сынақ машинасының ілгектеріне орналастырылады. Бұл орайда машинаның пластина тәріздес, үлгілерді қысып ұстайтын, арнайы ілгектері пайдаланылады. Тензорезисторлық сезімтал датчиктерден шығатын сымдар арнайы розеткалы айырғыш арқылы электронды күшейткіштерге жалғанады.

Үлгіні оның өсі бойымен бағытталған созушы күш арқылы жүктесек деформациаланып бастапқы ұзындығының ұзаратыны және осымен бір мезгілде енінің өлшемінің кішірейетіні белгілі. Үлгінің бойлық деформациясын T₁ датчигі, ал ендік деформациясын Т₂ датчиктері өлшейді.

Тензорезисторлық сезімтал датчиктерден шыққан сигналдар тензокүшейткішке беріледі. Электронды тензокүшейткіш арқылы мыңдаған есе күшейтілген сигналдар өлшегіш приборларға жеткізіледі.

Тәжірибенің қорытындысын енгізу үшін 4 - кестені пайдаланамыз.

4 - кесте

Жоғарыдағы тәртіп бойынша құрастырылған қондырғыны 3÷5 мин қыздырамыз (тензокүшейткіш 3÷5 мин қыздыруды қажет етеді).

Үлгіге Ғ =5 кН жүк түсіреміз де осы мезгілдегі Т₁ және Т₂ тензорезисторлардың көрсетулерін 1 - кестеге енгіземіз. Одан кейін күштің шамасы Ғ = 55 кН - ға жеткізіледі де тензорезисторлы датчиктердің көрсетулері тағы да кестеге енгізіледі. Осындай тәсілмен тәжірибе тағы да екі рет қайталанады, қорытындылары кестеге енгізіледі.

Одан әрі тензорезисторлық датчиктердің көрсетулерінің орташа мәні табылады

Үлгіге әсер еткен бойлық күштің орташа мәні АҒ = 50 кН екені

кестеден көрініп түр. Тәжірибе қорытындылары белгілі болғаннан кейін бойлық және ендік деформациялар келесі өрнектер арқылы анықталады:

Бұл жердегі - тензодатчиктің сезімталдық коэффициенті. Оның мәнін оқытушы қабарлайды. Бойлық күшті үлгінің қима ауданына бөлу арқылы тік кернеудің мәнін анықтаймыз.

Бұл кернеу болат үшін серпімділік шегінен төмен болғандықтан Гуктың заңынан материалдың серпімділік модулін табамыз.

Ал Пуассон коэффициенті

Тәжірибеден алынған шамаларды анықтама кестелерде келтірілген мәндермен салыстырыңыздар.

Бақылау сұрақтары:

1. Үлгінің деформациялары қандай аспаптар мен приборларды пайда-лану арқылы анықталады?

2. Сезімтал тензодатчиктердің жұмыс істеу принципін түсіндіріңіз.

3. Гук заңын пайдалануымызға қандай себеп мүмкіндік береді ?

4. Бойлық және ендік деформациялардың таңбалары қандай еді?

5. Материалдың серпімділік қасиеттері үлгінің қима ауданына (өлшемдеріне) тәуелді ме?

6. Материалдың бұл қасиеттері не үшін керек?

№5 Зертханалық жұмыс. Пластикалық және морт материалдарды бұралуға сынау.

Біліктердің бұралу деформациясын зерттеу.

Диаметрі әртүрлі аралықтардан тұратын біліктің бұралу бұрышын анықтау.

Жұмыстың мақсаты: Біліктердің бұралуын сипаттайтын теориялық өрнектердің дәлдігін тәжірибеден тексеру.

Қимасы дөңгелек немесе сақина тәріздес біліктердің серпімді деформа­ция аралығында бұралу бұрышы мен бұраушы момент арасындағы байланыс пропорционал күйінде сақталады. Осы жағдайға сәйкес бұралу бұрышының мәні Гук заңы бойынша келесі өрнекпен анықталады.

мұндағы m_б - бұраушы момент [кН- см];

l - бұраушы момент пен біліктің қатаңдығы тұрақты болатын

аралықтың ұзындығы, [см];

G- біліктің материалының ығысу модулі, [кН/см²];

- қиманың өрістік инерция моменті, [см ].

Егер біліктің қимасы, диаметрі d - ға тең тұтас дөңгелек болса, оның өрістік инер­ция моменті келесі өрнекпен анықталады

d -дөңгелек қиманың диаметрі [см];

G • - көбейтіндісі біліктің бұралуы кезіндегі қатаңдығы деп аталады.

Егер біліктің қатаңдығы әртүрлі (яғни диаметрі әртүрлі) п – аралықтан тұратын болса, ал бұраушы момент пен материалдың ығысу модулі тұрақты болса, ол біліктің толық бұралу бұрышы келесі теориялық өрнекпен анықталады:

Мұндағы l_i - аралықтардың ұзындығы;

— сол аралықтарға сәйкес қималардың өрістік инерция моменттері.

Біздің тәжірибеміздегі үлгі үшін п = 5.

Сынақ үлгісінің кескіні 8 - суретте келтірілген.

8 - Сурет

Біліктің бір ұшы сынақ қондырғысының ілгектеріне бекітіледі де, ал екінші ұшына жүктер арқылы бұраушы момент түсіріледі. Біліктің сол жақ ұшы қондырғының қозғалмайтын ілгегіне байланыстырылады да, ол жерге білік өсінен һ - аралығында орналасқан сағат тәріздес индикатор бекітіледі (9 - шы сурет).

Ал біліктің оң жақ ұшы қондырғының жылжымалы ілгегімен байланы­стырылады және сол қимаға формасы "Г" – тәріздес кронштейн бекітіледі. Бұл кронштейннің бір басы біліктің сол жақ ұшында орналасқан индикатордың өлшегіш аяғына тіреледі. Білікке бұраушы момент әсер еткенде біліктің оң жақ ұшы " " - бұрышына бұралады да "Г" - тәріздес кронштейн білікпен бірге өзінің бастапқы орнын өзгертіп 9(6) - суретіндегі 2-ші орынға ауысады. Осы кезде, білік өсінен "һ" - қашықтықта орналасқан, сағат тәріздес индикатордың өлшегіш аяғы кронштейннің ұшымен бірге қозғалып оның қаншаға орын ауыстырғанын -ді өлшейді.

" "- бұрышының мәні шексіз кіші шама болғандықтан

деуімізге болады. Олай болса тәжірибеден алынатын бұралу бұрышы тең бо-лады. Бұл жерде "һ" – тың мәні «мм» өлшемімен қойылуы керек.

9 - сурет. Деформацияны тәжірибеден анықтау тәсілі

Ал ол бұрыштың теориялық өрнектер арқылы табылатын мәні тең болады:

Жұмысты орындау тәртібі.

Толық құрастырылған сынақ қондырғысы арқылы диаметрі әртүрлі аралықтардан тұратын білікке алғашқыда m₁₁ = 5 кН·см момент түсіреміз де осы мезгілде сағат тәріздес индикатордың көрсетуін п₁₁-ді кестеге жазып аламыз. Одан әрі бұраушы моменттің мәнін m₁₂ = 25 кН·см -ге дейін көтереміз

де индикатордың көрсетуін п₁₂ - ні тағы да кестеге енгіземіз. Моменттің мәнін нөлге дейін төмендетіп тәжірибені тағы екі рет қайталаймыз, қорытындысын кестеге енгіземіз. Бұраушы моменттердің және индикатордың көрсетулерінің айырмасын есептейміз.

m₁ = m₁₂ - m₁₁ n₁ = п₁₂- п₁₁,

m₂ = m₂₂ – m₂₁ n₂ = п₂₂ - п₂₁

m₃ = m₃₂ – m₃₁ n₃ = п₃₂ – п₃₁

Оларды да кестеге енгіземіз.

Олай болса, бұраушы моменттің және индикатор көрсетулерінің орташа мәндері тең болады:

Тәжірибе қорытындыларын енгізетін кесте.

5 - Кесте

Теориялық өрнектің дәлдігі келесі формуламен табылады:

Бұл шама 5% - тен аспауы керек.

Бақылау сұрақтары:

1. Біліктің бұралуы кезіндегі бұралу бұрышы тэжірибеден қалай анықталады?

2. Біліктің қатаңдығын қандай шамалар сипаттайды?

3. Теориялық өрнекті тексеру үшін біліктің деформациясы қандай болуы керек (серпімді, пластикалық)?

4. Білік қимасындағы бұраушы момент неге тең жэне ол қалай анықталады?

5. Қимасы дөңгелек білік үшін жанама кернеу кандай өрнекпен анықталады?

№6 Зертханалық жұмыс. Оралған созылу-сығылу, бұралу серіппелерінің сипаттамаларын анықтау.

Серіппелердің деформациялануын зерттеу.

Жұмыстың мақсаты: Серіппелердің сипаттамаларын тәжірибеден анықтау және теориялық өрнектердің дәлдігін тексеру.

Сынақ әмбебап столдың арнайы саймандарын қолданып жүргізіледі. Сынақ қондырғысының кескіні 10-суретте көрсетілген.

10-сурет. Сынақ қондырғысының схемасы

Сыналатын серіппелер жэне сынақ жүргізу тәртібі.

Сыналатын серіппелердің сыртқы диаметрі D, ал сымының диаметрі d деп белгілейміз. Олардың сыртқы диаметрлері D - бірдей болады да тікелей өлшеу арқылы анықталады, ал сымының диаметрлері d₁ = 4 мм, d₂ = 5 мм және d₃ = 6 мм болып келеді. Осыған орай олардың орам сандарын - да п₁, п₂ және п₃ тікелей санау арқылы студенттердің өздері анықтайды. Серіппенің орам саны ретінде оның жүктеулі тұрған кезіндегі бір-біріне жанаспай тұрған орамдары алынады.

10 - суретте кескінделгендей етіп құрастырылған қондырғыға жүк ілетін сырға арқылы алғашқы Ғ₁₁= 10 Н жүгі ілінеді де тұғырда орнатылған стрелканың немесе индикатордың көрсетуі кестеге енгізіледі. Одан әрі сырғаға ілінетін жүкті Ғ₁₂ = 40 Н-ға дейін көбейтеміз және оған сәйкес келетін индикатордың көрсетуін кестеге енгіземіз. Сосын сырғадағы барлық жүкті алып тастап тәжірибені тағы екі рет қайталаймыз да қорытындысын кестеге енгіземіз.

Осындай тәжірибені үш серіппеге де жасаймыз, олардың қорытындысын 6 - кестеге жеке - жеке енгіземіз.

6 - кесте

Күш пен серіппелердің ұзаруының орташа мәндерін анықтаймыз:

Олай болса, тәжірибеден алынған серіппенің ұзару [см] тең болады да, ал оның теориялық табылатын мәні келесі формуламен есептеледі:

Бұл жерде D_op = D - d [см], орташа диаметр;

n - серіппенің жүктелген кездегі бір-біріне жанаспай тұрған орамдарының саны.

G = 8·10⁴ кН/см² -ығысу модулі. Теориялық өрнектің дәлдігі келесі формуламен анықталады:

Оның мәні 5% - тен аспаса теориялық өрнек дұрыс деп есептеледі.

Бақылау сұрақтары:

1. Цилиндр тәріздес серіппенің материалы қандай деформацияға ұшырайды?

2. Жұмыстың мақсаты не?

3. Теориялық өрнектің дәлдігі қалай анықталады?

4. Серіппенің ұзаруы қандай шамаларға тәуелді?

5. Серіппенің беріктік шартын жазыңыз.

№7 Зертханалық жұмыс