Методические указания к лабораторным работам для студентов машиностроительных специальностей Томск 2007 (стр. 7 из 9)

II. Эксперимент

1 Машина для испытаний на кручение.

2 Измеритель углов закручивания.

3 Штангенциркуль.

Образец.

В отличие от образца на растяжение головки образца для испытаний на кручение должны иметь зацентровку и плоские поверхности (лыски) для передачи момента.

Машина для испытаний на кручение (крутильная), рис.4.8.

Машина имеет привод (червяк – червячное колесо) и движение через образец передаётся на маятник, который, отклоняясь, создаёт своим весом момент уравновешиваемый моментом привода. Маятник перемещает рейку измерителя момента, который вращает диск относительно неподвижного сектора. Диск и сектор имеют деления и, в целом, образуют штангенциркуль с круговой шкалой. Отсчёт значений момента в кГм с точностью 0,1 кГм.

Для измерения углов поворота головок образца маятниковая опора и червячное колесо привода снабжены градусными шкалами.

Измеритель углов закручивания, рис.4.9.

Устройство состоит из двух скоб и индикатора часового типа. Скобы устанавливаются на удалении друг от друга и таким образом, чтобы конец одной скобы упирался в головку индикатора, закреплённого на другой скобе. Расстояние между скобами образует расчётную длину для определения поворота одного сечения относительно другого. Значение угла вычисляется по показаниям индикатора S удалённого от оси стержня на расстояние R.

После установки скоб измерить

и R.

Индикатор позволяет измерить перемещение

, что при его установке на расстояние от оси стержня соответствует углу поворота . В большинстве случаев этого бывает достаточно, чтобы без переустановки скобы с индикатором снять начальную часть диаграммы деформирования. Следует, задаваясь равномерным приращением угла закручивания, снимать показания измерителя момента.

Таблица наблюдений

Переход от упругого деформирования к пластическому можно наблюдать по не пропорциональному изменению момента углу закручивания.

Для наблюдения всего процесса деформирования образца провести мелом на его поверхности прямую линию (образующую). Её наклон будет показывать угол сдвига. После прохождения зоны упруго-пластического деформирования снять с образца измеритель углов закручивания и нагружать образец до разрушения. Зафиксировать максимальное значение нагрузки в момент разрушения и угол закручивания по градусной шкале червячного колеса..

Разрушение образца происходит внезапно, закрепляющие клинья и части образца освобождаются из захватов машины и падают вниз, маятник совершает колебательные движения.

Обработка экспериментальных результатов

На поле не менее 10х15

по значениям таблицы построить график (рис.4.10) с равномерной оцифровкой осей и указанием размерности. Выделить все экспериментальные точки.

Провести диаграммную линию, усредняющую их разброс, и к ней касательную прямую линию, определяющую упругое деформирование по закону Гука. Отметить точки на прямой линии и соответствующие им числовые значения на осях координат для вычисления модуля упругости, предела пропорциональности, предела текучести.

Механические характеристики

1. Модуль сдвига:

= = …(МПа).

Полученный результат следует сравнить со значением, следующим из (3) (по модулю упругости определённому при испытании на растяжение).

2. Предел пропорциональности – это максимальное значение напряжений, с превышением которых наблюдается отклонение от закона Гука

= …(МПа).

3. Предел текучести (истинный или условный).

= …(МПа).

Полярный момент сопротивления принимается таким же, как и при упругом деформировании (обоснование см. теория).

Для определения

остаточный угол сдвига перечисляется в соответствующий угол закручивания (см. рис.4.2.) и затем в показания индикатора: .

Например, для стержня диаметром

при и при получаем .

4. Временное сопротивление (предел прочности, оно же и разрушающее напряжение)

= …(МПа).

5. Остаточный угол сдвига (характеризует способность материала пластическому деформированию, аналогично остаточному удлинению при растяжении). Определяется по остаточному углу закручивания головок образца. Для пластичного материала обычно это большой угол (головки могут быть повёрнуты относительно друг друга на несколько оборотов) и выражение его связи с углом сдвига (рис.4.2) нельзя упростить:

=…(рад, градусы).

Остаточный угол сдвига можно увидеть и грубо оценить по меловой линии на поверхности образца – она становится винтовой.

Выводы:

Наблюдаемые особенности деформирования и разрушения материала.

Заключение о свойствах материалов и назначение допускаемого напряжения (см. рекомендации в "испытание на растяжение").

Вопросы для самопроверки см. стр. 38.

Лабораторная работа № 5

ИСПЫТАНИЕ НА ИЗГИБ

Цель: 1) определить механические характеристики материала,

2) назначить допускаемое напряжение.

I. Теория.

Множество элементов конструкции сопротивляется изгибу, а пластический изгиб является распространённой технологической операций при их изготовлении.

При изгибе стержней происходит одновременно растяжение и сжатие материала, поэтому в сравнении со стандартными испытаниями на растяжение и сжатие испытание на изгиб не даёт существенно новой информации, и характеризуют их сопротивление только изгибу.

Стержни из пластичных материалов могут получать значительные изменения формы без разрушения и поэтому их испытания на изгиб бывают, в основном, технологическими с целью определения способности материала в холодном или нагретом состоянии принимать требуемый по размерам и форме загиб. Отсутствие после загиба трещин, надрывов, расслоений или излома в таких испытаниях является признаком, что материал выдержал пробу.

Испытание на изгиб стержней их хрупких материалов осуществляются с целью получения механических характеристик и в силу простоты проведения эксперимента результаты имеют высокую достоверность.

В испытаниях на сжатие сложно обеспечить однородное сжатие. Испытания на растяжение ставят высокие требования к качеству образцов и выполнения эксперимента и практически всегда разрушение происходит в месте сопряжения стержня с головками и некоторым изгибом от внецентренного приложения нагрузки. Результаты таких испытаний имеют существенный разброс.

Изгиб стержней обычно осуществляется по схеме рис.5.1. Форма поперечного сечения круг или прямоугольник.

Диаграмма деформирования стержня показывает связь нагрузки со стрелой прогиба. На диаграмме можно отметить прямой линией упругое деформирование материала по закону Гука и нелинейную часть до наступления разрушения. Начальная часть диаграммы может иметь нелинейный участок из-за смятия материала на опорах и смещения стержня вниз, которое фиксируется измерителем стрелы прогиба. Предварительная нагрузка и разгрузка устраняет этот участок.