Материаловедение (стр. 8 )

L = l + 2a + c,

где L - полная длина образца ткани; l - длина рабочей части образца, равная 200 мм; а - длина части образца, равная 25 мм, которая необходима для крепления в тисках динамометра; c - длина части образца, равная 100¸150 мм и необходимая для крепления груза предварительного натяжения.

С учётом сказанного, при l = 200 мм общая длина образца ткани равна 350¸400 мм, а при l = 100 мм общая длина образца равна 250¸300 мм.

Образцы вырезают шириной 60 мм, затем удаляют нити с двух сторон до ширины 50 мм.

При заправке образца ткани в зажимы разрывной машины используют грузы предварительного натяжения для выпрямления пробы. Величина груза предварительного натяжения зависит от поверхностной плотности и волокнистого состава ткани (табл.10.3).

Таблица 10.3

Все ткани, кроме шёлковых, с поверхностной плотностью, г/м2	Масса груза, кг
до 75	0,2
76¸500	0,5
501¸800	1
801¸1000	2
1001¸1500	3
Шёлковые ткани, г/м2
до 300	0,2
301-500	0,5

Определение свойств мягких искусственных кож однослойного и многослойного строения на тканой (ИК), нетканой или комбинированной основах (СК), осуществляется на образцах прямоугольной формы, размеры которых приведены в таблице 10.4.

Таблица 10.4

Размеры проб, мм	Размеры рабочего участка, мм
ширина (b)	длина (L)	ширина (b)	длина (l)
20	220	20	100
50	220	50	100
50	320	50	200

Образцы для испытания вырезают из образцов мягких искусственных кож в продольном и поперечном направлениях относительно длины рулона. Количество образцов для испытания: 2 образца вдоль рулона, 2 образца поперёк рулона.

В том случае, если основой мягкой искусственной кожи является ткань, то перед испытанием к нижней части образца подвешивают груз предварительного натяжения, величина которого приведена в таблице 10.5.

Таблица 10.5

ширина рабочей части пробы (b), мм	масса груза, кгс
20	0,2
50	0,5

Для определения свойств резин при одноосном растяжении, а также других синтетических материалов, образцы в форме двусторонней лопатки вырубают из пластин в продольном и поперечном направлениях в количестве не менее 2-х (рис. 10.5). Длина рабочей части у проб резины l = 50 мм, ширина b = 10 мм, а значения а, с и r, соответствуют значениям образца кожи.

Порядок выполнения работы

1.  Подготовить образцы материалов, провести их разметку.

2.  Определить толщину образцов с помощью толщиномера.

3.  Провести испытания образцов до разрыва, построить графики растяжения (диаграммы растяжения).

4.  По полученным диаграммам растяжения рассчитать основные показатели деформационно-прочностных свойств испытанных материалов.

Вопросы для самопроверки:

1.Каким уравнением описывается зависимость Р = f(Dl ) для волокнисто-сетчатых материалов?

2. Какими методами можно определить величину показателя степени n?

3. По какой формуле рассчитывается напряжение для резин, имеющих монолитную структуру?

4. При каком условии определяется условный модуль упругости для кожи?

5. Как определить запас прочности резин?

6. Что такое коэффициент равномерности?

7. Что характеризует коэффициент мокростойкости?

Литература:[3,5].

Лабораторная работа № 11

Определение твердости материалов методом Шора

Цель работы: ознакомление с основными методами определения твердости материалов; с устройством и работой твердомеров.

Оборудование и материалы: твердомеры, образцы материалов;

ГОСТ 263-75. Резина. Метод определения твердости по

Относительный метод определения твердости материалов реализуется с использованием игольчатого твердомера ТМ-2 (Шора).

Твердомер ТМ-2 имеет индентор 7 (рис.11.1), выполненный в форме усечённого конуса, выступающего над отверстием шайбы 6. Корпус 2 прибора устанавливают на пробу материала 8 . Металлическая пластинка 1 и индентор 7 упираются в поверхность пробы. Индентор 7 соединен с упругой металлической пластинкой, установленной в корпусе прибора. Упругая пластинка через механизм соединена со стрелкой 4, которая по шкале 3 регистрирует твердость материала в условных единицах. При нажатии на держатель прибора 5, шайба 6 соприкасается с поверхностью материала, а индентор 7 погружается в материал до тех пор, пока сила выталкивания материала не уравновесит силу упругой пластинки. Твёрдость измеряется в условных единицах от 0 до 100.

Тарировка прибора ТМ-2 проводится по определению твердости стеклянной пластинки. Прибор должен показать твёрдость в 100 ус. ед., а также на прилагаемой к прибору пружинной подставке. В этом случае прибор должен показать твердость в 60 ус. ед.

Твердость материала измеряется на пробе в трёх точках. Для этого прибор ставят на пробу, нажимают на держатель 5 и регистрируют по шкале 3 значение твердости в условных единицах. За результат испытаний принимают среднее арифметическое значение.

Рис. 11.1 Общий вид прибора ТМ-2

Порядок выполнения работы

1. Подготовить плоские образцы материалов.

2. Согласно методике, изложенной выше, произвести измерения твердости образцов материалов методом Шора.

3. Провести сравнительный анализ полученных результатов.

Литература:[3,5].

Лабораторная работа № 12

Определение показателей свойств материалов при изгибе

Цель работы: изучить методы определения показателей свойств материалов разного назначения и вида при изгибе.

Оборудование и материалы: ПЖУ-12М, ПТ-2, приспособление к разрывной машине для определения жесткости на двух опорах, ГОСТ 8977-74 «Кожа искусственная и пленочные материалы. Методы определения гибкости, жесткости и упругости», ГОСТ «Материалы текстильные. Полотна. Методы определения жесткости при изгибе»

Общие сведения

Деформация изгиба возникает в материалах, закреплённых консольно или лежащих на двух опорах, при действии сил, направленных перпендикулярно плоскости образца - поперечный изгиб или вдоль плоскости образца материала - продольный изгиб.

Основной характеристикой свойств материала при изгибе является жёсткость, Н×м2, которую вычисляют по формуле:

D = Е×I ,

(12.1)

где Е - модуль упругости при изгибе, Па; I - момент инерции поперечного сечения образца, I=bh3/12 , м4 , (b - ширина образца, h - толщина образца).

12.1. Определение жёсткости методом кольца

Метод кольца применяется для мягких материалов всех видов.

Характеристиками механических свойств материалов при изгибе методом кольца являются:

Жёсткость - нагрузка, Р , сН (гс), необходимая для прогиба образца материала, согнутого в кольцо на 1/3 диаметра;

упругость - У, %, показатель, характеризующий способность материала восстанавливать исходные размеры (форму) после действия внешней силы;

У = 100×(НО - Н1)/НО ,

(12.2)

где НО - величина прогиба образца на 1/3 диаметра, мм; Н1 - величина прогиба образца после снятия нагрузки, мм;

пластичность - характеризует способность материала принимать соответствующий размер (форму) после действия внешней силы (напряжения) при изгибе:

П = 100 - У ,

(12.3)

Испытание проводят на образцах материалов, вырезанных в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Размер образцов из кож и искусственных кож составляет: 70× 20 мм, 95× 20 мм и 160× 20 мм. Выбор размера образца зависит от жесткости материала.

Испытание образцов проводят на приборе ПЖУ-12М (рис. 12.1). Прибор представляет собой весы, снабжённые устройствами для крепления образца материала и устройства для автоматического нагружения образца на 1/3 диаметра кольца.

Перед испытанием коромысло весов 12 должно быть опущено при помощи ручки 17. Подвижный столик 4 также должен быть опущен вниз, это достигается при помощи рычага 3.

Прибор подключают к источнику питания. Со столика 4 снимают съёмную площадку 5 и к ней при помощи зажимного устройства крепят концы образца. Концы образца должны касаться друг друга. Образец материала крепится лицом наружу.

Затем выбирают стальные шарики для нагружения образца. Вес одного шарика, используемого при испытании равен - 0,26 сН или 0,88 сН. Испытание кож и искусственных кож целесообразно проводить, используя шарики весом 0,88 сН; текстильных материалов - 0,26 сН.

Рис. 12.1. Общий вид прибора ПЖУ-12М

Шарики, используя воронку, засыпают в соответствующий отсек бункера 10. На счётчике 1, установленного на панели управления прибора, регистрируют предыдущее значение или сбрасывают на “ноль” счётчик путём нажатия кнопки “сброс”.

Исходя из диаметра кольца образца, на шкале деформаций 14 указателем 15 , укрепленного на подвижной шкале 16, рассчитывают и задают требуемую величину прогиба образца материала - НО.

Поворотом ручки 17 поднимают коромысло 12 и уравновешивают весы - стрелка 13 должна показывать “0” делений на шкале деформаций 14. Когда весы уравновешены, на левую чашку 8 кладут груз 100¸200 мг. Перегрузок обеспечит надёжной контакт образца 6 с нажимной площадкой 7 и не внесёт существенных искажений в результат измерений. При помещении груза на левую чашку равновесие весов нарушается.

После этого съёмную площадку 5 с образцом 6 устанавливают на подвижный столик 4. При помощи ручки 2 поднимают столик с образцом до тех пор, пока стрелка 13 весов не будет показывать “0” делений на шкале 14. При достижении этого момента на шкале перемещения, установленной на ручке 2 (рис. 12.1), фиксируют значение h, на которую поднят образец материала. Далее на панели прибора включают “сеть” и нажимают кнопку “пуск”. Электродвигаприводит в движение устройство, расположенное в бункере, для подачи стальных шариков в чашку 8. Образец материала, под действием поступающих в чашку 8 шариков, прогибается, а конец стрелки 13 уходит вправо. Процесс нагружения продолжается до тех пор, пока стрелка 13 не коснётся указаПри касании стрелки 13 указаэлектрическая цепь размыкается и движение мотора прекращается. На панели прибора загорается красная лампа, счётчик количества выпавших шариков останавливается.

Поворотом ручки 17 коромысло весов опускают. Нажатием на рычаг 3 столик с образцом опускают. Фиксируют число выпавших шариков в чашку 8. Чашку 8 снимают с коромысла, используя воронку, засыпают шарики в соответствующий бункер. Затем, чашку помешают на коромысло весов. Перегрузок должен находится в чашке. После 30 с отдыха поднимают столик с образцом при помощи ручки 2 на прежнюю высоту h, при этом стрелка 13 на шкале деформаций 14 покажет некоторое значение - H1, которое будет соответствовать величине прогиба образца материала после действия внешней силы.

Жёсткость при изгибе испытанного образца материала вычисляют по формуле:

D = P = npш ,

(12.4)

где n - число шариков, рш - вес одного шарика, сН (гс).

Значение Р можно определить другим способом. Для этого предварительно взвешивают чашку 8 без шариков, а затем с шариками и вычитают вес перегрузка.

После окончания работы на приборе, вращая диск 9, удаляют из бункера 10 оставшиеся металлические шарики и отключают прибор от электросети.

12.2 Метод консоли

Определение жёсткости EI, мкН×см2, текстильных полотен проводят на гибкомере - ПТ-2, схема которого приведена на рис. 12.2.

Жёсткость текстильных полотен определяют на образцах размером 169х30 мм, которые вырезают в продольном (вдоль нитей основы) и поперечном (вдоль нитей утка) направлениях, в количестве не менее 3-х по каждому направлению.

Образец 1 помещается симметрично на опорную площадку 3 гибкомера (рис. 12.2) и подвижные боковые полочки 4. На образец устанавливают груз 2. При включении тумблера 9 механизм, находящийся в корпусе прибора 8, плавно и равномерно опускает подвижные боковые полочки 4.

Образец 1 текстильного полотна под действием собственного веса прогибается. В тот момент, когда подвижные боковые площадки опустятся, указатель 6 перемещают винтом 7 вверх до касания концов образца. По шкале 5 регистрируют величину прогиба f с точностью до 1 мм.

Жёсткость образца текстильного полотна вычисляют по формуле:

EI = 42046m/A,

(12.5)

Рис. 12.2. Схема гибкомера ПТ-2

где m - масса образца, измеряемая с точность до 0,01 г; А - коэффициент, который определяется как функция относительного прогиба f0 = f/l (таблица 12.1), f - величина окончательного прогиба образца, l - длина образца, равная l = 70 мм.

Коэффициент жёсткости КЕI материала определяют как отношение величин жёсткости образцов, вырезанных в направлениях вдоль нитей основы и утка:

KEI = EIпрод/EIпоп ,

(12.6)

Таблица 12.1

Значение коэффициента А в зависимости от относительного прогиба

f0	A	f0	A	f0	A	f0	A
0,01	0,08	0,26	2,22	0,51	5,28	0,76	13,34
0,02	0,16	0,27	2,32	0,52	5,44	0,77	14,04
0,03	0,24	0,28	2,41	0,53	5,62	0,78	14,79
0,04	0,32	0,29	2,51	0,54	5,79	0,79	15,63
0,05	0,4	0,3	2,6	0,55	5,97	0,8	16,57
0,06	0,48	0,31	2,7	0,56	6,15	0,81	17,65
0,07	0,56	0,32	2,8	0,57	6,34	0,82	18,92
0,08	0,64	0,33	2,9	0,58	6,54	0,83	20,43
0,09	0,72	0,34	3,0	0,59	6,74	0,84	22,26
0,1	0,8	0,35	3,1	0,6	6,96	0,85	24,53
0,11	0,88	0,36	0,32	0,61	7,18	0,86	27,35
0,12	0,96	0,37	3,31	0,62	7,42	0,87	30,92
0,13	1,04	0,38	3,48	0,63	7,66	0.88	35,43
0,14	1,12	0.39	3.54	0,64	7,95	0,89	41,17
0,15	1,21	0,4	3,66	0,65	8,24	0,90	48,46
0,16	1,29	0,41	3.79	0,66	8,56	0,91	57,7
0,17	1,38	0,42	3,92	0,67	8,90	0,92	69,4
0,18	1,47	0,43	4,06	0,68	9,27	0,93	84,14
0,19	1,56	0,44	4,19	0,69	9,66	0,94	102,16
0,2	1,66	0,45	4,34	0,70	10,08	0,95	125,81
0,21	1,75	0,46	4,49	0,71	10,54	0,96	154,6
0,22	1,84	0,47	4,64	0,72	11,08	0,97	190,24
0,23	1,94	0,48	4,79	0,73	11,55	0,98	234,14
0,24	2,03	0,49	4,95	0,74	12,1	0,99	288,00
0,25	2,13	0,50	5,11	0,75	12,7

12.3 Метод определения жесткости на двух опорах