Сопротивление материалов (стр. 1 )

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-строительный институт

Кафедра «Автомобильные дороги и

городские сооружения»

СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания

к лабораторным работам

для студентов всех

специальностей

Красноярск

2017

УДК 539.3/6 (076)

ББК 30.121.

Сопротивление материалов: Методические указания к лабораторным работам

для студентов всех специальностей. Красноярск: СФУ, 2017.-73 с

Колесников

Виктор Николаевич Щербань

ВВЕДЕНИЕ

Для оценки механических свойств материалов в связи с многообразием условий эксплуатации проводят различные испытания, в той или иной степени имитирующие эти условия.

Как известно, сопротивление материалов является не только теоретической, но и экспериментальной наукой. Поэтому лабораторные работы по определению основных механических и физических характеристик материалов являются важным звеном в изучении курса. Цель лабораторных работ :

- ознакомление с существующими методами опытного определения

механических свойств материалов ;

- экспериментальная проверка основных положений теории;

- изучение методики и машин для механических испытаний,

государственных стандартов на испытания и форм записей.

Работы можно разделить на две группы :

К первой группе относятся работы по определению механических характеристик материалов, ко второй – по экспериментальной проверке теоретических положений курса.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Подготовка к лабораторным работам ведется заранее, в неучебное время.

Необходимые таблицы, вспомогательные данные, формулы сле­дует выписать а рабочую тетрадь.

Подготовка студента я проведению лабораторных работ прове­ряется преподавателем перед началом занятия. Неподготовленные студенты к занятию не допускаются,.

Отчет по работе оформляется в соответствии с принятым стан­дартом. Каждую работу студент обязан защитить.

Студент, пропустивший занятие по уважительной причине, выпол­няет работы в специально установленное кафедрой время.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

ИСПЫТАНИЕ НА РАСТЯЖЕНИЕ ОБРАЗЦОВ

ИЗ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы: опытное определение механических характеристик прочности и пластичности материалов.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Наиболее распространенным методом определения основных механических характеристик материалов, характеристик прочности и пластичности является статическое испытание образцов на растяжение.

Прочность - способность материала сопротивляться нагрузке без разрушения. Прочность характеризуется пределами пропорциональности , текучести , прочности .

Пластичность - свойство материала получать остаточные деформации без разрушения.

Хрупкость - свойство материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций.

Характеристики пластичности материала – относительное удлинение после разрыва , относительное сужение после разрыва

Для испытания на растяжение применяются стандартные образцы, имеющие круглую или прямоугольную форму поперечного сечения (рис.1).

Рис. 1 Образцы для испытаний :

а)- круглый образец :d0- диаметр образца; l0-расчетная

длина образца;l – полная длина образца;

б)- плоский образец: t,b – размеры поперечного сечения образца;

l0 – расчетная длина образца.

Испытания проводятся на специальной машине, устройство одной из них приводится (рис.2)

Рис.2. Общий вид комплекса:

1, 2, 3- защитные крышки;

4- пульт местного управления;

5- датчик перемещения;

6, 19- стойки;

8- подвижная траверса;

9,22- шариковые винтовые передачи;

18, 23,25, 26- аварийные концевые выключатели;

10- пассивный схват;

11- переходник;

12- неподвижная траверса;

13- станина;

14, 24- волновые редукторы;

17- стойка;

27- плита;

28- стяжка.

Рис.3. Диаграмма растяжения образца

из малоуглеродистой стали

Для получения сравнимых результатов испытаний различных материалов

рекомендуется использование нормальных десятикратных образцов, у которых l0=10d0 .

В процессе испытания устанавливается зависимость между передаваемой на образец нагрузкой P и его абсолютным удлинением - диаграмма растяжения (рис.3) с участками : ОА - прямолинейный участок, соответствующий закону Гука; АВ- пропорциональность между приращением нагрузки и абсолютным удлинением нарушается, но пластических деформаций еще нет; и ВС – появляются пластические деформации, рост нагрузки замедляется, а затем почти прекращается при одновременном росте деформаций. Явление значительного роста деформаций без заметного увеличения нагрузки называется текучестью, а горизонтальный или почти горизонтальный участок диаграммы называется площадкой текучести.

На стадии общей текучести полированная поверхность образца покрывается сеткой тонких линий, называемых линиями сдвига (рис.4). Это следы плоскостей скольжения частиц материала относительно друг друга. Они наклонены к оси стержня под углом, близким к 450, и практически совпадают с плоскостями действия максимальных касательных напряжений (касательные напряжения на наклонных площадках). В результате соскальзывания кристаллов по наклонным плоскостям образец удлиняется. Механизм образования удлинения в упрощенном виде показан на рис.4. Действительная картина более сложна, т. к. носит пространственный характер.

Рис.4. Схема образования остаточного удлинения.

Участок СД называют зоной упрочнения. Материал вновь приобретает свойство оказывать сопротивление нагрузке, но с ростом удлинения образца нагрузка возрастает значительно медленнее, чем на упругом участке.

Точка Д соответствует Рmax. С появлением местного утоньшения шейки

нарушается равномерное до этого уменьшение поперечных размеров образца.

В шейке возникает трехосное растяжение.

Рис.5. Образец из малоуглеродистой

стали после испытаний.

В связи с быстрым уменьшением диаметра образца в шейке для развития деформаций требуется меньшая нагрузка (участок ДК):

-  участок ДК – зона разрушения;

-  точка К – разрыв образца.

Если образец нагрузить усилием Рm, причем

,

а затем начать разгружать, то разгрузка будет проходить по прямой примерно параллельно ОА. После разгрузки деформация образца уменьшится, но полностью не исчезнет.

Участок определяет величину исчезающей, т. е. упругой деформации, участок - величину остаточной, т. е. пластической, деформации.

При повторном нагружении образца на диаграмме получается линия а затем кривая МДК. Следовательно, после предварительной нагрузки изменяются свойства материала: повышаются прочностные свойства, и уменьшается пластичность. Явление изменения прочностных свойств материала в результате предварительного пластического деформирования называется наклепом.

Полученная диаграмма растяжения в координатах является по существу характеристикой образца с определенными размерами и изготовленного из определенного материала.

Чтобы получить характеристику только материала, строят условную диаграмму растяжения в координатах (рис.6 ).Нормальное напряжение и относительная продольная деформация определяются по формулам: