Учебное пособие 2039
.pdf2.Ознакомьтесь с устройством и принципом работы прибора ППУ-1.
3.Проведите разметку и вырезку образцов (лента, проволока) для исследования учитывая, что длина образца L = 41
ммдолжна быть выбрана с точностью ±0,05 мм, а толщина h – измерена с точностью 0,01 мм, для чего воспользуйтесь данными ГОСТ 7164 [1], ГОСТ 9245 [2] , ГОСТ 9736 [3].
4.Закрепите образец между стойкой и оправкой произвольного радиуса R.
5.Проверьте с помощью объектмикрометра цену деления окулярмикрометра устройства ППУ-1.
6.Определите начальный прогиб образца b0 (рис. 1.3) с помощью штангенциркуля.
7.Проведите расчёт наибольшего напряжения σ, действующего на внешней стороне образца
|
E |
h |
|
|
|
2b0R |
|
(3) |
|
σ = |
|
|
|
|
1− |
|
|
. |
|
2R (1− µ |
2 |
) |
2 |
2 |
|||||
|
|
|
L |
+ b0 |
|
|
Примечание: значения E и µ взять из справочника.
8. Сравнить полученное по выражению (3) значение σ со значением σ0,05 (σу) исследуемого материала по справочнику. При σ ≥ σу приступите к определению параметров упругого последействия.
9.Вновь измерьте значение параметра b0 с точностью не ниже 0,1 мм.
10.Вращая маховик червячной передачи, создайте в образце упругую деформацию путём обжатия образца вокруг оправки с помощью упругой ленты и осуществите нагружение
втечение 1 минуты.
11
11.Быстро сняв нагрузку, сразу замерьте с помощью окулярмикрометра значение b, обозначив его b1пп (индекс 1 – означает одну минуту выдержки под нагрузкой).
12.Проводить последовательно замеры величины b че-
рез равные промежутки времени для определения величины
обратного последействия, обозначая их как b1оп1 – через 1 минуту после снятия нагрузки, b1оп2 – через 2 минуты после снятия нагрузки и т.д. (нижние индексы 1, 2, и т. п. обозначают время релаксации деформации).
13.Произвести расчеты деформаций, характеризующих прямое и обратное последействие, согласно формулам:
|
1 |
1 |
|
h |
|
|
|
1 |
1 |
|
h |
|
|
|
∆ε |
пп |
= b |
|
|
|
; |
ε |
|
= b |
|
|
|
. |
(4) |
2 |
2 |
|
2 |
2 |
||||||||||
|
пп |
|
опi |
оп i |
|
|
||||||||
|
|
|
L |
+ b0 |
|
|
|
|
|
L |
+ b0 |
|
|
|
14. Проведите аналогичный эксперимент по пунктам 9- 13, меняя время выдержки под нагрузкой, отмечая это время верхним индексом в значениях b и ∆ε.
15. Занесите полученные значения в таблицу.
b0j |
|
bппj |
|
|
bопj |
1 |
|
|
|
bопj |
2 |
|
……….. |
|
bопj |
i |
|
|
|
|
|
∆εппj |
|
|
∆εопj |
1 |
|
|
∆εопj |
2 |
|
……….. |
|
∆εопj |
i |
|
|||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
……. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
……… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Индекс j – обозначает время выдержки под нагрузкой, индекс i – время релаксации деформации.
12
16.Постройте график зависимости ∆εпп от времени выдержки под нагрузкой j минут.
17.Постройте график зависимости ∆εоп от времени релаксации – i минут для всех значений j.
18.Дайте заключение о соответствии полученных экспериментальных данных ТУ.
3.Контрольные вопросы
1.Каков физический смысл модуля Юнга, модуля сдвига, модуля всестороннего сжатия?
2.Что характеризует коэффициент Пуассона?
3.Как влияет скорость нагружения на величину упругих констант и почему?
4.Что такое прямое упругое последствие и каков его механизм?
5.Что такое обратное упругое последствие и каков его механизм?
6.На чем основана методика определения упругого последствия?
7.Приведите примеры отрицательного влияния упругого последствия на рабочие характеристики изделия.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ РАСТЯЖЕНИИ
1. Теоретическое введение
Испытания методом статического растяжения образцов относятся к наиболее распространенным видам определения основ-
13
ных прочностных и пластических характеристик материалов благодаря их относительной простоте, доступности, наглядности, универсальности, информативности и объективности.
Эта методика успешно применима для образцов разнообразной формы: круглых, плоских, проволочных, пленочных, гладких и имеющих надрезы, в интервале температур от предплавильных до криогенных, в вакууме и в специальных средах. Методика применима и при определении свойств готовых деталей и сварных соединений. Конкретные требования к образцам и условиям проведения испытаний оговорены соответствующим ГОСТами, знание которых и умение правильно организовывать испытания позволит достоверно оценить качество материала.
Несмотря на перечисленные положительные моменты, следует иметь в виду, что достаточно высокая жесткость таких испытаний (коэффициент мягкости α = 0,5) ограничивает возможность их применения для материалов в хрупком состоянии.
2.Порядок выполнения работы
1.Ознакомьтесь с содержанием ГОСТ 1497 [4] и
ГОСТ 28840 [5].
2.Подберите измерительный инструмент и проверьте соответствие формы и размеров образцов.
3.Сделайте заключение о соответствии ГОСТ 28840 [5] испытательной машины, исследуемых образцов, указав тип образцов и условий испытаний по температуре, скорости деформирования и точности измерений.
4.Проведите маркировку и разметку базовой длины рабо-
чей части образца l0 (для гагаринских образцов – 25 мм) и расчёт площади поперечного сечения образца до начала испытаний
–F0, сделав три замера диаметра образца d0 в разных местах по базе l0. Данные занесите в таблицу.
14
5. Установите шкалу силоизмерителя и скорость деформации, используя знания материала образца, его состояния, разме-
ров и примерного значения σb.
6. Проведите испытание на растяжение вплоть до разрушения образца с записью машинной диаграммы в координатах «усилие P – перемещение ∆l» для чего:
–ознакомьтесь с устройством испытательной машины P10
иP20 (рис. 2.1);
–подберите захваты необходимой конструкции и установите в захватах машины сменные вкладыши, соответствующие данному типу образца;
–включите машину тумблером 11 (должна загореться сигнальная лампочка 13);
–нажмите кнопку 14 гидронасоса машины;
–кнопками 16, 17 установите нижний захват в требуемое положение, позволяющее произвести испытание данного типа образца;
–установите в захваты образец, при этом рукоятка 2 находится в нулевом положении;
–выберите требуемый по ГОСТ 1497 [4], силовой диапазон испытаний (используя знания материала образца, его со-
стояния, размеров и примерного значения σb). Переключатель 8 установите в соответствующее положение;
–заправьте диаграммную ленту в диаграммный барабан 9, проверьте наличие чернил в пишущем узле. Рукояткой 12 выберите люфт в захватах, силоизмеритель при этом отклонится по часовой стрелке на одно-два маленьких деления;
–верните рукоятку 12 в нулевое положение;
–зафиксируйте диаграммный аппарат и опустите на бумагу пишущий узел;
–рукояткой 12 установите требуемую скорость деформации (6-10 делений);
–нажатием кнопки 14 включите нагружение и следите за образцом и диаграммным аппаратом;
15
|
|
|
2 |
7 |
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
5 |
4 |
|
|
9 10 |
3 |
|
|
|
11 |
|
16 |
|
|
|
1 |
17 |
|
|
|
15 |
14 |
|
12 |
|
|
13 |
Рис. 2.1. Устройство гидравлической разрывной испытательной машины Р-20:
1 – гидравлическая разрывная машина; 2 – стойка управления; 3 – нижний захват; 4 – образец; 5 – верхний активный захват; 6 – зона сжатия; 7 – силоизмеритель трехдиапазонный; 8 – переключатель диапазонов; 9 – диаграммный барабан; 10 – стабилизатор; 11 – тумблер общего включения установки; 12 – рукоятка скорости движения активного захвата; 13 – сигнальная лампа; 14 – кнопка включения гидронасоса; 15 – кнопка выключения гидронасоса; 16 – кнопка подъема нижнего захвата; 17 – кнопка опускания нижнего захвата
–после разрушения образца верните рукоятку в нулевое положение, расфиксируйте диаграммный аппарат, поднимите пишущий узел;
–нажатием кнопки 15 выключите гидронасос;
16
–извлеките из зажимов обломки образца;
–проведите соответствующие замеры параметров lk,, dk
изанесите данные в таблицу.
По окончании серии испытаний выключите машину тумблером 11.
7. Произведите расчеты относительно удлинения δ и относительно сужения ψ согласно формулам:
δ = |
lk − l0 |
100% |
и ψ = |
F0 − Fk 100% |
(5) |
|
l |
||||||
|
|
|
F |
|
||
|
0 |
|
|
0 |
|
и занесите их в таблицу (индекс k означает конечные, после испытаний, значения соответствующих величин).
Проведите сравнения δ и ψ с данными для исследуемых материалов и сделайте заключение.
Номер образца |
l0, |
lk, |
δ |
d0, |
dk, |
F0, |
Fk, |
ψ, |
(маркировка) |
мм |
мм |
% |
мм |
мм |
мм |
мм |
% |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
По ГОСТ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание: Номер образца (маркировка) должен включать необходимые сведения о материале и условиях эксперимента. Например образец №1:
Марка сплава: 12X18H10T;
Вид обработки сплава: отжиг при 1150 °С; Температура деформирования: -196 °С.
Скорость деформирования: 10 мм/минуту (или скорость деформации в с-1).
17
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЧНОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ ПРИ ИСПЫТАНИИ
НА РАСТЯЖЕНИЕ
1. Теоретическое введение
Основой для расчетов силовых параметров при испытаниях на растяжение является первичная (машинная) кривая в координатах «усилие–удлинение». Характерные примеры машинных кривых представлены на рис. 3.1. Уже сам вид первичной кривой позволяет сделать заключение о том, как развивалась деформация и разрушение, оценить степень надежности материала, сделать сравнительные оценки его поведения в зависимости от внутренних и внешних факторов.
Р |
b |
Р |
b |
Р |
b k |
|
I |
II |
III |
l |
l |
l |
Рис. 3.1. Основные типы первичных кривых растяжения.
I– хрупкий материал; II – пластичный материал; III – высокопластичный материал
Объективность и достоверность рассчитываемых механических характеристик во многом определяется знанием по-
18
рядка обработки машинной кривой и соответствие масштабов
ееосей требованиям ГОСТ 28840 [5].
2.Порядок выполнения работы
1.Проведя испытания по пунктам 1-7 лабораторной работы № 2 и получив машинную кривую, подготовьте ее к расчетам для чего:
– продлите участок упругой деформации (рис. 3.2 а) до пересечения с линией абсцисс и перенесите ось ординат в точку 0';
– перенесите точку b параллельно оси абсцисс на ось ординат (b') и укажите на ней значение максимального усилия (Рb) по данным силоизмерителя (рис. 3.2 б);
Р |
Р |
М |
|
Р |
|
b |
|
|
|
|
|
|
Рb |
|
k |
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Рk |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Рпц |
Р |
|
Рτ |
в |
а |
|
|
|
|
|
в |
|
|
|||
|
А |
В С |
|
Рτ |
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
|||
|
|
|
|
Рупр |
|
|
||
|
|
|
|
Рпц |
p |
|
|
|
|
|
α' |
|
|
|
|
|
|
|
|
α |
|
|
|
|
k' |
|
0 |
0' |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
l |
|
lb |
lk |
l |
|||
|
|
а |
|
|
|
|
б |
|
Рис. 3.2. Схемы графических построений для определения характерных точек на кривой деформации
– рассчитайте масштаб осей усилий и перемещений и сделайте заключение о пригодности диаграммы для расчёта
19
предела пропорциональности σпц в соответствии с условиями ГОСТ.
2. Если диаграмма корректна (масштаб оси абсцисс не менее 50:1, а оси усилий не превышает 10 МРа на 1 мм) проведите расчёт величины предела пропорциональности
σ пц = Рпц . |
(1) |
F0
Для чего необходимо:
– на произвольной высоте в пределах упругой области восстановить перпендикуляр АВ к оси нагрузок (рис. 3.2 а),
отложить на его продолжении отрезок ВС= 21 AB и провести
луч 0'С. Касательная к кривой растяжения параллельная 0'С, в проекции на ось нагрузок точки касания Р определит искомую нагрузку Рпц.
3. Проведите расчёт условного предела текучести
σ0,2 = |
Р0,2 |
. |
(2) |
|
|||
|
F0 |
|
Для чего:
–из точки k (рис. 3.2 б) проведите линию, параллельную op – упругому участку машинной кривой. Отрезок ok' с уче-
том масштаба оси даст истинное удлинение lk – l0 или относительное удлинение δ равное рассчитанному в п. 7 лабораторной работы № 2;
–отмерьте отрезок ОК равный 0,2 % от l0 используя соотношение:
OK |
= |
0,2 |
; |
(3) |
l |
|
100 |
|
|
0 |
|
|
|
|
–через точку K проведите прямую, параллельную прямолинейному участку диаграммы (рис. 3.3). Ордината точки е
будет соответствовать величине нагрузки Р0,2, определяющей условный предел текучести;
–рассчитайте
20