Петербургский государственный морской технический

Петербургский государственный морской технический

университет» в г. Северодвинске

 

 

Курзанова Е.В.

 

 

СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания к выполнению лабораторных работ на растяжение, сжатие, срез.

 

Северодвинск

УДК 539.3/8

 

 

Сопротивление материалов. Методическое руководство к выполнению лабораторных работ на растяжение, сжатие, срез. /Сост. Е.В.Курзанова-

Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2007 - 31с.

 

 

В методическом руководстве к выполнению лабораторных работ содержатся следующие работы:

- на растяжение:

Работа №1 «Опытное изучение диаграмм статического растяжения пластичных и хрупких материалов (сталь, титан, чугун)

- на сжатие:

Работа №2 «Испытание образцов стали, титана и чугуна на сжатие»

Работа №3 Испытание на сжатие дерева и цементного раствора»

- на срез:

Работа №6 «Испытание стали на перерезывание»

 

В методическом руководстве излагаются краткие сведения из теории деформации растяжения, сжатия и среза, содержится описание машины для испытаний на растяжение, сжатие, срез.

Методическое руководство содержит описание лабораторных работ, порядок проведения испытаний, порядок оформления отчета по лабораторным работам и вопросы для защиты лабораторных работ.

Методическое руководство предназначено для студентов всех специальностей, изучающих курс «Сопротивление материалов».

 

Рецензенты:

 

Доцент, канд. технических наук Н.В.Лобанов

Заведующий лабораторией «Сопротивление материалов» В.А.Слуцков

Ведущий инженер НИТИЦ ФГУП «ПО «Севмаш» Ю.П.Голованов.

 

 

© Севмашвтуз, 2007

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие …………………………………………………………………….4

 

1. Тема: Растяжение и сжатие. ..........................................................................5

1.1. Основные понятия и зависимости…………………………………..……..5

1.2. Диаграмма растяжения и ее характерные точки…………………….……7

1.3. Работа деформации при растяжении………………………………………12

1.4. Испытание на сжатие (сталь, чугун, дерево, цемент)………………….....14

 

2. Тема: Срез …………………………………………………………….………15

2.1. Основные понятия. Расчетные формулы………………………………….15

 

3. Испытательная машина ……………………………………………………15

3.1. Общая часть…………………………………………………………..……..15

3.2. Описание машины…………………………………………………..………16

 

4. Описание лабораторных работ …………………………………………….18

4.1. Опытное изучение диаграмм статического растяжения

пластичных и хрупких материалов. Лабораторная работа №1………..……..18

4.1.1. Форма и размеры образцов…………………………………………..…..18

4.1.2. Порядок проведения испытаний ………………………………………..19

4.1.3. Обработка результатов испытания………………………………………19

4.1.4. Вопросы для защиты лабораторной работы №1…………………..……23

 

4.2. Испытание образцов из стали, чугуна и титана

на сжатие. Лабораторная работа №2……………………………….………….24

4.2.1. Форма и размеры образцов………………………………………………24

4.2.2. Порядок проведения испытаний…………………………………..…….24

4.2.3. Обработка результатов испытания……………………………..……….24

4.2.4. Вопросы для защиты лабораторной работы №2………………………..27

 

4.3. Испытание на сжатие дерева и цементного

раствора. Лабораторная работа №3…………………………………………….28

4.3.1. Форма и размеры образцов………………………………………..……..28

4.3.2. Порядок проведения испытаний…………………………………………28

4.3.3. Обработка результатов испытаний………………………………………29

4.3.4. Вопросы для защиты лабораторной работы №3………………….…….29

 

4.4. Испытание стали на перерезывание.

Лабораторная работа №6…………………………………………….………….29

4.4.1. Форма и размеры образца………………………………………..……….29

4.4.2. Порядок проведения испытаний…………………………………..……..30

4.4.3. Обработка результатов испытаний……………………………………….30

4.4.4. Вопросы для защиты лабораторной работы №6………………………..30

 

Список литературы ……………………………………………………………31

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

 

Методическое руководство к выполнению лабораторных работ на растяжение, сжатие, срез содержит основные теоретические понятия разделов «Растяжение», «Сжатие», «Срез» курса «Сопротивление материалов»

В методическом руководстве содержится описание и схема испытательной машины, методика проведения испытаний, формы выполнения отчетов по лабораторной работе №1 «Опытное изучение диаграмм статического растяжения пластичных и хрупких материалов», №2 «Испытание образцов стали, чугуна и титана на сжатие», №3 «Испытание на сжатие дерева и цементного раствора», №6 «Испытание стали на перерезывание».

Целью методического руководства является оказание помощи студентам при выполнении лабораторных работ, при оформлении отчетов и защите лабораторных работ.

Методическое руководство предназначено для студентов всех специальностей, изучающих курс «Сопротивление материалов»

Сопротивление материалов

 

Тема: Растяжение и сжатие

Основные понятия и зависимости

При растяжении (сжатии) прямого бруса в его поперечных сечениях возникает только один внутренний силовой фактор – продольная сила, обозначаемая N_Z или N.

 

Прямые брусья, работающие на растяжение или сжатие, называют стержнями.

Продольные силы, соответствующие деформации растяжения, условимся считать положительными, а сжатия – отрицательными.

При растяжении продольная сила направлена от сечения, а при сжатии – к сечению.

 

 

Поперечная деформация при растяжении и сжатии.

 

Удлинение в продольном направлении вызывает сужение в поперечном направлении. И наоборот, укорочение в продольном направлении сопровождается поперечным расширением.

В пределах упругой деформации между относительной продольной деформацией ε и относительной поперечной деформацией ε ₀ существует связь, называемая коэффициентом Пуассона μ .

 

 

Средние значения коэффициента Пуассона для некоторых материалов:

 

Углеродистая сталь μ = 0, 24 – 0, 28

Алюминий μ = 0, 26 – 0, 36

Медь μ = 0, 34

Бронза μ = 0, 35

Резина μ = 0, 47

 

 

Тема «Срез»

Основные понятия. Расчетные формулы.

Детали, служащие для соединения отдельных элементов машин и строительных конструкций – заклепки, штифты, болты – воспринимают нагрузки, перпендикулярные их продольной оси.

 

Справедливы следующие допущения.

1. В поперечном сечении возникает только один внутренний силовой фактор – поперечная сила Q.

2. Касательные напряжения, возникающие в поперечном сечении, распределены по его площади равномерно.

3. В случае если соединение осуществлено несколькими одинаковыми деталями, принимается, что все они нагружены одинаково.

 

Условие прочности при срезе.

,

где Q – поперечная сила

(P – общая нагрузка, i – число болтов, заклепок, k – число плоскостей среза крепежной детали)

F_ср – площадь среза одного болта или заклепки,

[τ _ср] – допускаемое напряжение на срез, зависящее от материала соединительных элементов и условий работы конструкции. Принимают [τ _ср] = (0, 25…0, 35)·σ _т, где σ _т – предел текучести.

Также справедливо: , т.к. , где n – коэффициент запаса прочности (для стали чаще равный 2).

Если толщина соединяемых деталей недостаточна или материал соединяемых деталей более мягкий, чем у болта, штифта и т.д., то стенки отверстий обминаются, и соединение становится ненадежным.

 

 

Испытательная машина.

Общая часть.

Универсальная испытательная машина Р-10 является контрольно-измерительным прибором и предназначена для статических испытаний металлов на растяжение, сжатие, изгиб и плотный изгиб с предельной нагрузкой 10 т.

Машина Р-10 работает по принципу разрывных машин с механическим нагружением образца рычажно-маятниковым силоизмерительным устройством.

Для измерения действующей на образец нагрузки служит силоизмеритель. Принятые диапазоны замеряемых усилий выражены четырьмя шкалами на циферблате:

шкала А от 0 до 500 кг

шкала Б от 0 до 1000 кг

шкала В от 0 до 2500 кг

шкала Г от 0 до 10000 кг,

С введением четырех шкал повышается точность отсчета нагрузок.

В силоизмерителе установлен диаграммный аппарат барабанного типа, который может вычерчивать диаграмму «нагрузка-деформация». Запись деформаций производится в двух масштабах: 1: 2 или 1: 10. Масштаб записи нагрузки зависит от выбранной для испытания шкалы и применяется в соответствии с данными таблицы:

 

Обозначение шкалы	шкала А	шкала Б	шкала В	шкала Г
Масштаб записи нагрузок	1мм – 2, 5 кг	1мм – 5кг	1мм -12, 5кг	1мм-25кг

 

 

Описание машины.

 

Машина Р-10 (рис. 6) имеет две вертикальные колонны с механическим перемещением подъемной траверсы нижнего захвата. Кинематически машина представляет собой жесткую раму, состоящую из станины (1), верхней неподвижной траверсы (2), соединенных двумя колоннами (3), которые одновременно служат направляющими для подвижной траверсы (4).

Механизм привода нижнего захвата (5) состоит из электродвигателя (6), коробки скоростей (7), червячной передачи (8), гайки с винтом (9), на котором закреплена подвижная траверса (4) с нижним захватом.

Вращательное движение от электродвигателя через коробку скоростей передается на червячную пару и гайку, которая сообщает поступательное движение винту вверх-вниз.

Управление механизмом привода нижнего захвата производится посредством кнопок (12), смонтированных в корпусе силоизмерителя. Для установочного движения нижнего захвата служит механизм ручного перемещения, который смонтирован внутри подвижной траверсы (4). С помощью рукоятки (13) можно перемещать нижний захват вверх-вниз.

 

Рис. 6. Универсальная испытательная машина Р-10

 

В зев верхнего и нижнего захватов устанавливаются приспособления на растяжение, сжатие, срез, изгиб или загиб вплотную.

Маятниковый силоизмеритель представляет собой маятник (14) с грузами, закрепленными на оси.

Один груз закреплен постоянно (маркировка шкалы А), а три - сменных (маркировка шкалы Б, шкалы В и шкалы Г).

Действующее на образец растягивающее или сжимающее усилие через рычажную систему отклоняет маятник, который приводит во вращение рабочую стрелку силоизмерителя. При возрастании нагрузки рабочая стрелка ведет за собой контрольную стрелку, которая при убывании нагрузки остается на месте, указывая максимальную нагрузку.

Для установки шкалы на " нуль" и при переходе одной шкалы на другую служит механизм перемещения шкалы и подшипника. Для перемещения подшкальника необходимо кнопку (15) нажать от себя и повернуть на соответствующий угол.

В корпусе силоизмерителя смонтирован диаграммный аппарат с коробкой скоростей по записи деформаций с масштабом 1: 2 или 1: 10. Диаграммный аппарат представляет собой барабан (16) с осью, установленной в подшипниках. Барабан, вращаясь, тянет за собой диаграммную бумагу. Для натяжения бумаги на ее свободный конец ставится прищепка.

Диаграммный барабан приводится во вращение через коробку скоростей от зубчатой рейки (17).

Усилия, приложенные к образцу, записываются на диаграмме с помощью самопишущего устройства (18). При испытании образцов без записи диаграммы самописец снимается.

Диаграммная запись, полученная на машине, учитывает не только деформацию самого образца, но и деформацию машины и ее частей, а также вертикальное перемещение верхнего захвата. Поэтому определение малых деформаций образца при определении модуля упругости или предела пропорциональности рекомендуется производить с помощью тензометров.

 

 

Форма и размеры образцов.

Испытанию на растяжение подвергаются образцы цилиндрической формы с головками из следующих материалов:

1. Конструкционная сталь

2. Сплав титана

3. Серый чугун

Рис. 7. Образец для испытания на растяжение.

 

Вопросы для защиты лабораторной работы №1.

 

1. Что называется пределом текучести?

2. Как определяют предел текучести, если на диаграмме растяжения имеется участок, параллельный оси удлинения?

3. Что такое площадка текучести?

4. Как и для каких материалов определяют условный предел текучести по диаграмме растяжения.

5. Какие механические характеристике можно вычислить по диаграмме растяжения, каким образом?

6. Какое напряжение считается опасным для:

а) пластичных материалов,

б) хрупких материалов?

7. На какую площадь сечения нужно делить максимальную нагрузку, которую выдержал образец до разрушения при определении предела прочности?

8. Какую механическую характеристику выражает угол наклона прямолинейной части диаграммы к оси абсцисс?

9. Для какого участка диаграммы справедлив закон Гука?

10. Как изменяются свойства материала, если он подвергался предварительной вытяжке?

11. Как происходит разрушение при растяжении пластичных и хрупких материалов?

 

Форма и размеры образцов.

 

Испытанию на сжатие подвергаются образцы цилиндрической формы, имеющие следующее соотношение высоты и диаметра:

 

Вопросы для защиты лабораторной работы №2.

1. Какие механические характеристики можно определить при испытании пластичных материалов на сжатие?

2. Какие механические характеристики можно определить при испытании хрупких материалов на сжатие?

3. Для каких материалов испытание на сжатие имеет большее практическое значение?

4. Чем объяснить разрушение чугунных образцов по плоскости, проходящей под углом 45° к оси образца?

5. Чем обусловлены размеры образцов при испытании на сжатие?

6. Как происходит разрушение при сжатии пластичных и хрупких материалов?

7. Чем отличается первоначальный участок сжатия чугуна от стали?

8. какими способами можно уменьшить влияние сил трения между торцами образца и опорными плитами.

 

 

Форма и размеры образцов.

Испытанию на сжатие подвергаются образцы кубической формы, количество образцов, изготовленных из дерева, равно двум.

Испытания будут выполнены при действии нагрузки вдоль волокон и при действии нагрузки поперек волокон.

Образцы, изготовленные из цементного раствора двух видов: смазанный парафином и обычный, без парафина.

Размеры образцов обусловлены мощностью машины.

 

Обмерить образцы штангенциркулем с точностью до 1 мм (длина, ширина, высота), на образцах из дерева сделать пометку «вдоль», «попрек». Данные 4 образцов записать в таблицу лабораторной работы №3 журнала лабораторных работ.

Вычислить значение площади поперечного сечения.

 

 

Вопросы для защиты лабораторной работы №3.

1. В каком случае дерево прочнее при сжатии: вдоль или поперек волокон?

2. К какой группе материалов относится дерево:

- изотропных (одинаковые физико-механические свойства по разным направлениям),

- анизотропных (разные физико-механические свойства по разным направлениям)?

3. Можно ли довести до разрушения образец нагрузкой, направленной поперек волокон?

4. В каком случае при сжатии поперек волокон дерево считается условно разрушенным?

5. Как изменяется нагрузка при сжатии дерева вдоль и поперек волокон?

6. Как происходит деформация образцов при сжатии дерева вдоль и поперек волокон?

7. Как изменится сила трения между опорными плитами, если образец смазать парафином?

 

 

Форма и размеры образца.

Испытанию на перерезывание подвергается образец поперечного сечения небольшого диаметра (до 10 мм) значительной длины, обусловленной размером испытательной установки.

 

Вопросы для защиты лабораторной работы №6.

1. Какую характеристику материала определяют при испытании материалов на срез?

2. При каких условиях результаты испытания имеют практическую ценность?

3. Какие деформации сопровождают разрушение образца при срезе?

4. Почему при вычислении предела прочности разрушающую нагрузку делят на удвоенную площадь поперечного сечения образца?

5. Укажите приближенное значение между пределом прочности при растяжении и пределом прочности при срезе сталей.

6. Какие напряжения возникают при срезе?

7. Чем отличается срез от смятия?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Рубашкин А.Г. Лабораторные работы по сопротивлению материалов.- М.: Высшая школа, 1961.-159с.

2. Афанасьев A.M., Марьин В.А. Лабораторный практикум по сопротивлению материалов.- М.: Наука, 1975.-284с.

3. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов.- М.: Наука, 1979.-559с.

4. Писаренко Г.С. Сопротивление материалов.- Киев.: Высшая школа, 1973.-667с.

Сопротивление материалов.

Петербургский государственный морской технический

университет» в г. Северодвинске

 

 

Курзанова Е.В.

 

 

СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ

12345Следующая ⇒

Поделиться: