Цель работы: исследовать процесс растяжения стального образца до разрушения и определить механические характеристики прочности и пластичности.
Основные понятия
Наиболее распространенным методом определения основных механических характеристик материалов - прочности и пластичности - является статическое испытание образцов на растяжение.
Прочностью называют способность материала воспринимать нагрузки не разрушаясь.
Пластичность называют способность материала накапливать до разрушения остаточные деформации.
Упругостью называют способность материала восстанавливать первоначальные размеры и форму детали после снятия внешних нагрузок.
Для испытания на растяжение по ГОСТ 1497-84 применяют нормальные и пропорциональные круглые и плоские образцы (рис. 4).
|
Постановка опыта
Исследование проводится на установке СМ-4А. Испытанию подвергается балка прямоугольного сечения, лежащая на двух опорах и нагруженная двумя сосредоточенными силами, расположенными на одинаковых расстояниях "а" от опор (рис. 23).
Рис. 23. Схема установки СМ-4А:
I - балка, 2 - грузы, , - тензометры,
, , , - индикаторы
Загружение балки производят грузами, укладываемыми на гиревые подвесы. Максимальный прогиб (при симметричном загружении балки он будет посередине пролета) фиксируют непосредственно по шкале индикатора .
Для определения максимальных углов поворота (в сечениях над опорами) в установке имеются приспособления: к концевым сечениям балки жестко присоединены рычаги (кронштейны) с заданной длиной . На концы этих рычагов опираются ножки индикаторов и . Перемещение ножки индикатора связано с углом поворота сечения балки и длиной рычага зависимостью .
Так как углы поворота сечения при упругих деформациях малы, то , следовательно, . В показание индикатора вносится поправка - половина показаний индикатора - за счет смещения левой шарнирно-подвижной опоры.
|
Изогнутую ось балки называют упругой линией (при условии, если напряжения в балке не больше предела упругости).
Перемещения поперечных сечений балки характеризуются, двумя величинами: прогибом и углом поворота сечения .
|
Прогибом балки в рассматриваемом сечении называют перемещение центра тяжести сечения по направлению, перпендикулярному к оси балки.
Углом поворота сечения называют угол, на который поворачивается сечение по отношению к своему первоначальному
положению. Найти эти величины в любом сечении балки можно
методом начальных параметров или одним из общих методов определения перемещений в упругих системах (методами Кастильяно, Мора, способом Верещагина).
Максимальные нормальные напряжения в поперечном сечении балки вычисляют по формуле
здесь - изгибающий момент в рассматриваемом сечении балки, - осевой момент сопротивления поперечного сечения относительно нейтральной оси (для прямоугольного сечения балки).
|
Рис. 4. Круглый образец для испытаний на растяжение:
- диаметр образца, - расчетная длина, - диаметр головки, - полная длина, - рабочая длина образца.
Испытывают образцы на специальных машинах. В процессе испытания записывающее устройство машин автоматически вычерчивает график, показывающий зависимость между передаваемой на образец нагрузкой и его удлинением, - диаграмму растяжения. На рис. 5 показана построенная в координатах диаграмма растяжения для пластичного материала - малоуглеродистой стали.
На начальном участке ОА диаграммы приращение деформации прямо пропорционально приращению нагрузки, то есть, справедлив закон Гука. Образец при этом деформируется только упруго. На участке АВ пропорциональная зависимость между и нарушается, и в образце появляются пластические деформации наряду с упругим.
Участок ВС диаграммы параллелен оси абсцисс, деформации образца растут без увеличения нагрузки. Это явление называют текучестью материала, а участок ВС диаграммы - площадкой текучести.
По окончании текучести для дальнейшего деформирования образца необходимо увеличивать нагрузку, Участок диаграммы СМ до максимальной нагрузки называют участком упрочнения. Достигнув максимальной величины, нагрузка уменьшается, а при некоторой ее величине происходит разрыв образца (точка диаграммы).
|
|
|
Если образец разгружать после того, как будет пройдена площадка текучести, то на диаграмме получим прямую линию, параллельную начальному участку диаграммы (например, линию N n). При разгрузке образца исчезают только упругие деформации , а остаются пластические, называемые остаточными -
При повторном нагружения образца на диаграмме получается линия, практически совпадающая о линией разгрузки. В этом случае напряжение, при котором кончается линейная зависимость между напряжением и деформацией, повышается, а величина остаточной деформации до разрушения уменьшается.
Повышение упругих свойств материала в результате предварительного пластического деформирования называют наклепом.
|
Измерьте микрометром диаметр прутка в различных местах пружины и найдите среднее арифметическое, средний диаметр пружины, высоту пружины в свободном состоянии , определите число рабочих витков .
Выполните эскиз пружины и покажите на ней основные размеры (по ГОСТ 13765-86).
Пружину установите на опору, и ступенчато нагружайте, замеряя величину соответствующей осадки.
По окончании опыта пружину разгрузите, и сделайте контрольные замеры, которые должны совпадать с первоначальными.
Вычислите среднее приращение осадки пружины на ступень нагрузки - и полную осадку пружины , здесь - высота пружины при нагрузке
Постройте по опытным данным характеристику пружины.
Определите теоретическую осадку пружины по формуле .(17), приняв . Постройте характеристику пружины по данным теоретического расчета. Сравните значения и
По формуле (18) найдите значение модуля и сравните со значением, полученным по формуле
Лабораторная работа 7