Работа деформации при растяжении.

Возьмем диаграмму растяжения в координатах Р и Δ l и посмотрим, что выражает собой вся площадь диаграммы ОАВDЕ (рис.4).

 

 

Рис.4. Диаграмма растяжения (в абсолютных единицах).

 

По оси абсцисс отложены полные удлинения образца, иначе, пути, пройденные точкой приложения растягивающих сил, а на оси ординат – величины этих сил. Площадь всей диаграммы очевидно выражает собой работу внешних растягивающих сил, затраченную на разрыв образца.

Вся работа деформации может быть разделена на три части.

Площадь диаграммы ОВС представляет собой работу упругой деформации, которая накапливается в материале в виде потенциальной энергии и может быть полностью возвращена материалом, если снять нагрузку, и равна площади Δ ОВС.

По этой формуле можно вычислять работу деформации для любой точки диаграммы до предела упругости.

Вторая часть диаграммы – от предела упругости до предела прочности – площадь СВDF – представляет собой работу А₁, затрачиваемую преимущественно на образование остаточной деформации.

А₁= площади СВDF – работа, затрачиваемая на образование остаточной деформации.

 

Третья часть диаграммы – от предела прочности до напряжения, при котором происходит разрыв образца, т.е. площадь FDЕК. Представляет собой работу А₂, затрачиваемую на разрыв образца после образования в нем шейки.

А₂= площади FDЕК – работа, затрачиваемая на разрыв образца после образования шейки.

А_разр= А+А₁+А₂ – вся работа деформации до полного разрушения.

 

 

Испытание на сжатие (сталь, чугун, дерево, цемент).

Как показал опыт, результаты, получающиеся при испытании стали на растяжение и сжатие равноценны.

Характерные точки диаграммы растяжения (А, В, С, D, Е) будут повторяться (см. рис.1). После точки Е кривая пойдет вверх. Пластичные материалы при испытании на сжатие не разрушаются, но изменяют первоначальную форму и размеры (от цилиндрической к бочкообразной). Результаты испытаний чугуна на растяжение и сжатие неравноценны. Опыт показал, что хрупкие материалы гораздо лучше работают на сжатие, чем на растяжение. Разрушение происходит под углом 45°, т.к. чугун разрушается от максимальных касательных напряжений.

, так как

 

Рис.5. Диаграмма сжатия и растяжения для чугуна.

 

- верхнее значение напряжения при растяжении,

- верхнее значение напряжения при сжатии.

 

Образцы для испытания на сжатие дерева и цемента имеют кубическую форму. Дерево – материал анизотропный, т.к. его физико-механические свойства различны по направлениям. Дерево сжимают вдоль волокон и поперек волокон. Вдоль волокон дерево выдерживает большие нагрузки и лучше работает на сжатие, чем поперек волокон. Форма, которую приобретает образец после испытаний зависит от материала, от отношения его высоты к размерам поперечного сечения и, главным образом, от трения, возникающего в полостях соприкосновения оснований образцов с плитами пресса. Большое трение по торцам образца ведет к неравномерному распределению напряжений в плоскостях поперечных сечений, что нежелательно, поэтому это трение необходимо уменьшать (шлифовка, смазка оснований парафином).

 

 

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.

 

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: