Laboratornye_raboty_SoproMat

для этих материалов B р Bc (см. табл. 3.1). Величина отношения

k B p - для чугуна колеблется в пределах 0,2…0,4, а для керамиче-

Bc

ских материалов - k = 0,1…0,2.

Таблица 3.1. Характеристики прочности и пластичности для некоторых конструкционных материалов

Имеет свои особенности испытание образцов из дерева. Дерево по своим свойствам существенно отличается от других конструкционных материалов тем, что оно обладает анизотропией прочностных и упругих свойств.

Диаграмма сжатия дерева может иметь сложный вид, но в основном, при действии нагрузки поперек волокон она имеет вид, близкий к диаграмме сжатия пластичных материалов. При сжатии дерева вдоль волокон диаграмма получается как для хрупких материалов.

В зависимости от соотношения прочностей вдоль и поперек воло-

22

кон, разрушение может происходить либо в виде расслоения вдоль волокон, либо в результате скола по наклонной линии к продольному направлению.

Порядок проведения работы. При испытании пластичного материала нагружение нужно прекратить после того, как образец сожмется от первоначальной высоты на одну треть. После испытаний образцы следует сохранить и зарисовать.

Определив значения характерных нагрузок FВ, FТ, нужно затем вычислить прочностные характеристики.

Протокол испытания

Образцы дои после испытания

Эскиз образца

Таблица 3.3 Усилия и деформации образцов при испытании

FП

FУ

FТ

FВ

23

Результаты испытания образцов

F кН

l

Диаграммы сжатия образцов

Обработка результатов испытаний

σП

σУ

σТ

σВ

24

Контрольные вопросы

1.Какие материалы называются пластичными, хрупкими?

2.Какие механические характеристики определяются для пластичного материала при сжатии? Для хрупкого материала?

3.Опишите диаграмму сжатия пластичных и хрупких материалов.

4.Опишите картину деформирования и разрушения различных материалов при сжатии.

Лабораторная работа 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК УПРУГОСТИ МАТЕРИАЛА

Цель работы: определение модуля упругости Е, коэффициента Пуассона ν и модуля сдвига материала G; опытная проверка закона Гука при растяжении.

Образцы для испытаний – стержни прямоугольного поперечного сечения шириной b и толщиной h.

Испытательная машина. Исходя из условий ступенчатого нагружения и наибольшей максимальной нагрузки, принимается механическая машина SZ-10-1 или МР-05.

25

Закон Гука может быть записан также в виде

l Nl .

EA

Из последней формулы видно, что стержень деформируется тем меньше, чем больше модуль упругости материала.

Таким образом, модуль упругости – коэффициент пропорциональности в законе Гука, является мерой жесткости материала.

Выразив E из закона Гука, получим формулу, которой можно воспользоваться для экспериментального определения модуля упругости:

E Nl .lA

Известно, что продольная и поперечная ' деформации при растяжении связаны между собой зависимостью:

' ,

где - коэффициент Пуассона (коэффициент поперечной деформации), характеризующий способность материала деформироваться в поперечном направлении при действии продольной силы. Величина постоянна для каждого материала и может принимать значения в пределах 0 0.5 .

По определению коэффициент Пуассона численно равен отношению поперечной деформации к продольной, взятому по абсолютной величине:

' .

Модуль упругости Е и коэффициент Пуассона определяют свойства упругости материала. В табл.4.1 приведены величины Е и для некоторых конструкционных материалов.

Модуль сдвига G можно выразить через E и :

G E .

2(1 )

Как видно из приведенных зависимостей, для экспериментального определения модуля упругости и коэффициента Пуассона надо растя-

26

нуть или сжать образец, измерить усилие и деформации (продольную и поперечную), а затем произвести вычисления.

Таблица 4.1. Модули упругости и коэффициенты Пуассона некоторых материалов

Порядок выполнения работы. На образце вставленного в захваты испытательной машины устанавливаются тензометры Т1 и Т2 (рис.15). Нагружение проводится с помощью ручного привода ступенямиF 100 150 кгс. Всего берется 4-5 ступеней (при наибольшей нагрузке, напряжение в образце не должно достигать предела пропорциональности). На каждой ступени нагрузки снимаются показания тензометров и результаты измерений заносятся в табл.4.2

F, кгс F, кгс Т1, мм Т1, мм Т2, мм Т2, мм

Показания тензометров на первой ступени принимаются за нуль отсчета, определяются средние приращения Т1ср и Т2ср, приходящиеся на одну ступень нагрузки. По результатам измерений находятся модуль упругости, коэффициент Пуассона:

27

а затем вычисляется модуль сдвига

G E .

2(1 )

Справедливость закона Гука проверяется построениями графика «деформация – нагрузка» (Т-F), при этом значение силы и показание тензометра Т1 на первой ступени отбрасываются и принимаются за начало координат. Если график является прямой линией, закон Гука считается подтвержденным.

Протокол испытания

Измерительные приборы:

……………………………………………………………………………….………………;

l= ………………… мм ; k= …………….……………….

Образец для испытания:

Эскиз образца.

h = …………………… мм, b = …………………… мм, A = ….……………… мм2

28

Е = ……………………………………………….. МПа;

= ……………………………………………………..;

G= ……………………………………………….. МПа.

F

Т

Диаграмма растяжения

29

Контрольные вопросы

1.Сформулируйте закон Гука.

2.Что такое модуль упругости? Какое свойство материала он характеризует?

3.Дайте определение коэффициента Пуассона, что он характеризует?

4.Как опытным путем определяются Е и ν?

5.Как экспериментально проверить закон Гука?

Лабораторная работа 5

ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ ПРИ КРУЧЕНИИ

Цель работы: изучение поведения пластичных и хрупких материалов и дерева при кручении и определение их прочностных характеристик.

Образцы для испытаний. Испытаниям подвергаются образцы круглого сечения из мягкой стали (пластичный материал) и алебастра или гипса (хрупкий материал), дерева. Перед испытанием измеряется диаметр образца и на его боковую поверхность наносится черта вдоль образующей.

Испытательная машина – Универсальный стенд МИ-40 для испытаний на кручение.

Содержание работы. При кручении стержня круглого сечения материал находится в условиях плоского напряженного состояния.

По площадкам, принадлежащим поперечным и диаметральным сечениям, действуют только касательные напряжения (рис. 17), т.е. име-

ет место чистый сдвиг.

Главные напряжения действуют по площадкам, наклоненным к оси под углом 450. Характер разрушения материала в таких условиях зависит от соотношения сопротивления сдвигу и отрыву.

Разрушение пластичных материалов, для которых сопротивление сдвигу меньше, чем отрыву, происходит незаметно и бесшумно по сечению, перпендикулярному к оси (рис. 18а). Сечение в месте разрушения гладкое и отполированное; продольная черта, нанесенная на боковую поверхность образца, обращается в винтовую линию, что свидетельствует об образовании пластических деформаций.

30

Образцы хрупких материалов, для которых сопротивление срезу больше, чем отрыву, разрушаются с шумом и по винтовой поверхности, наклоненной к оси примерно на 450 (рис. 18б). Продольная черта почти не искривляется, т.е. пластические деформации отсутствуют. У деревянных стержней первые трещины возникают по образующим цилиндра, так как древесина плохо сопротивляется действию касательных напряжений, направленных вдоль волокон (рис. 18в).

Диаграммы кручения показаны на рис. 19. На диаграммах Мк - крутящий момент, - угол закручивания. Поскольку разрушение происходит без образования шейки, диаграмма пластичного материала (рис.

19а) не имеет нисходящего участка; диаграмма для хрупкого материала внешне похожа на диаграмму сжатия

(рис. 19б).

Для пластичного материала по концу прямолинейного участка диаграммы находится предел пропорцио-

Рис. 19. Диаграммы кручения пла- нальности стичного и хрупкого материалов

31