Раздел 2. Сопротивление материалов.
Лабораторная работа № 4
Испытание стали на растяжение
Цель работы – изучить поведение материала до разрушения; определение предела текучести и предела прочности.
1. Теоретическое обоснование. При выборе материала для какого – либо элемента конструкции в последующих расчетах необходимо знать, механические свойства материала, определяющие его прочность, упругость, твердость и пластичность. Необходимые сведения о различных механических свойствах материалов получают экспериментально в процессе механических испытаний на растяжение, сжатие, срез, кручение и изгиб.
Испытание на растяжение является наиболее распространенным видом испытания материалов, так как при нем наиболее ярко выявляются характеристики прочности и пластичности материалов. Для изучения механических свойств материала используют диаграмму в координатах «напряжение – относительное удлинение» (σ, ε).
Пределом пропорциональности σпц – называется то наибольшее напряжение, до которого деформации растут пропорционально нагрузке, т.е. справедлив закон Гука (для стали СТ.3 σпц=200 Н/мм2). Точка А соответствует пределу пропорциональности.
Пределом упругости σуп – называется то наибольшее напряжение, до которо-го деформации практически остаются упругими. (точка А соответствует пре-делу упругости).
Пределом текучести σТ – называется такое напряжение, при котором в образце появляется заметное удлинение без увеличения нагрузки (для стали Ст.3 σТ=240 Н/мм2). Точка С соответствует пределу текучести. При достижении предела текучести поверхность образца становится матовой, так как на ней появляется сетка линий Людерса – Чернова, наклоненных к оси под углом 45о.
Пределом прочности σпч или временным сопротивлением σв , называется напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, выдерживаемой образцом до разрушения. (для стали Ст3. σВ=400 Н/мм2).
Точка В соответствует пределу прочности.
При достижении предела прочности на растягиваемом образце образуется местное сужение – шейка, т.е. начинается разрушение образца.
Точка D соответствует напряжению, возникающему в образце в момент разрыва во всех поперечных сечениях, кроме сечений шейки.
Точка М соответствует напряжению, возникающему в наименьшем поперечном сечении шейки в момент разрыва. Это напряжение называется напряжением разрыва.
С помощью диаграммы растяжения в координатах (σ , ε) можно определить модуль упругости первого рода: Е = σ/ε = (АК*μσ ) / (ОК*με ) = tgα*( μσ / με ) , где μσ – масштаб напряжений;
με – масштаб относительных удлинений;
α – угол, который составляет с осью абсцисс прямая линия диаграммы до предела пропорциональности..
для большинства углеродистых сталей предел пропорциональности можно приблизительно считать равным половине предела прочности.
Деформация образца за пределом упругости состоит из упругой и остаточной, причем упругая часть деформации подчиняется закону Гука и за пределом пропорциональности.
σ (Р)
 М
σВ В
  
 εупр εост D
 
σТ С
 
σп   ц , σуп А //OA
εупр
 α ε (Δl )
 О К N Е
2. Оборудование:
2.1. Гидравлический пресс;
2.2. Приспособление для разрыва образца;
2.3. Образец стальной, круглого сечения;
2.4. Измерительные инструменты.
3. Форма и размеры образцов. На рисунке (см. ниже) показан стандартный стальной образец, предназначенный для испытания на растяжение.
lо
 
dо
      
   
    
 
h
  h1 l
 
L
Условные обозначения:
lо – длина образца до испытания.
dо – диаметр образца до испытания.
Примечание:
1. С учетом небольшого предела возможности гидравлического пресса, рекомендуемые размеры образца при испытании: lо ≤ 70 мм
2. Для облегчения расчетов, связанные по определению предела текучести σТ и предела прочности σпр , рекомендуются диаметр образца до испытания
dо≤ 5,8 мм.
4. Ход работы
4.1. Подготовить пресс к работе;
4.2. Подобрать образец для испытания с учетом примечаний 1 и 2.
4.3. Замерить длину и диаметр образца до испытания.
4.4. Установить образец в приспособление, согласно инструкции и произвести монтаж пресса для начала испытания.
4.5. В присутствии преподавателя провести испытание, при этом снять показание манометра;
при достижении предела текучести (Fтек ) , при этом давление По показанию манометра) не меняется; а образец удлиняется.
максимальное показание манометра при разрыве (Fмах ).
4.6. Результаты испытания занести в таблицу 1.
Таблица 1.
Диаметр образца до разры-ва
dо , мм
|
Диаметр шейки об-разца после раз-рыва
d1 , мм
|
Длина образца до разрыва
lо , мм
|
Длина образца после разрыва
l1 , мм
|
Давление текучести Fтек , кГ/см2.
|
Давление прочности Fпч = Fмах , кГ/см2
|
|
|
|
|
|
|
5. Вычислить
5.1. Предел текучести по формуле σТ=(Fтек*Апоршня) / Аобразца ,
где А=πd2поршня / 4 – площадь поперечного сечения поршня пресса, при диаметре dпоршня = 5,8 см; Аобразца – площадь поперечного сечения
испытуемого образца, имеющая форму сечения правильного круга.
5.2. Предел прочности по формуле σпч = (Fмах* Апоршня) / Аобразца , где Fмах = Fпч
5.3. По таблицам установить марку стали, полученные результаты сравнить с табличными.
5.4. Вычислить относительное остаточное удлинение Δl = [(l1 – lо) / lо]*100.
5.5. Вычислить относительное остаточное сужение образца по формуле
ΨА = [(Аобразца – Ашейки) / Аобразца]*100 , где Аобразца – площадб поперечног сечения образца до растяжения, Ашейки – площадб поперечного сечения шейки образца после растяжения (разрыва).
6. Отчет о работе.
Тип и наименование испытательного оборудования_________________
Цена деления.
Начертить эскиз образца с разрезами до растяжения
Заполнить таблицу 1.
-
Вычислить значений:
Предела текучести σТ=(Fтек*Апоршня) / Аобразца = ________________________________________________________
Предела прочности σпч = (Fмах* Апоршня) / Аобразца_______________
________________________________________________________
Относительное остаточное удлинение Δl = [(l1 – lо) / lо]*100 =
________________________________________________________
Относительное остаточное сужение образца
ΨА = [(Аобразца – Ашейки) / Аобразца]*100 = _______________________
________________________________________________________
Марка испытуемого материала___________________________________
7. Контрольные вопросы:
7.1. Что называется пределом упругости?
7.2. Что называется пределом пропорциональности?
7.3. Что называется пределом текучести?
7.4. Как читается закон Гука?
6. Литература :
[1] Г. М. Ицкович. М., «Высшая школа». Учебник. 1986 г.
[2] Андреев В.И., Паушкин А.Г., Леонтьев А.Н., Техническая механика. – М.: Высшая школа, 2010 – 224с.
[3] Паушкин А.Г Практикум по технической механике. М.: КолосС,2008-94с
[4] А.Г. Рубашкин, Д.В.Чернилевский. Лабораторно – практические работы по технической механике. Учебное пособие. М., «ВЫСШАЯ ШКОЛА».
1975 г. стр 74 – 81.
[5] Мишенин Б.В. Техническая механика. Задания на расчетно-графические работы для ССУЗов с примерами их выполнения. – М.: НМЦ СПОРФ. 2007
|
