Образец, измерительные приборы, испытательная машина

Испытания проводятся на плоском образце. Основные размеры и форма показаны на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Плоский образец для испытаний на растяжение.

Для получения сопоставимых результатов при испытаниях круглых и плоских образцов применяются следующие соотношения между основными расчетными величинами (см. работу № 1):

Для круглого образца:

l₀ = 10 d₀ или l₀ = 5 d₀

где l₀ – расчетная дина;

d₀ – начальный диаметр образца.

Так как для круглого образца

,

где F₀ – начальная площадь поперечного сечения, то

Для нормального образца

l₀ = 10 d₀,

или для малого (пятикратного образца)

l₀ = 5 d₀,

Для плоского образца расчетная длина l₀ берется исходя из той же зависимости между l₀ и F₀, то есть:

или

Так как в настоящей работе будет изучаться поведение образца только в упругой области, и образец не будет доводиться до разрушения, достаточно перед испытанием замерить только ширину «a» и толщину «b» поперечного сечения образца. Измерение производится в трех местах по длине образца: в середине и по краям. Ширина измеряется штангенциркулем с точностью до 0, 1 мм, а толщина – микрометром, с точностью до 0, 01 мм. Среднее арифметическое значение размеров сечения заносится в тетрадь лабораторных работ.

Для определения упругих характеристик материала необходимо измерить упругие деформации. Как показывает опыт, упругие деформации очень малы (они обычно не превосходят тысячных или даже десятитысячных долей первоначальной длины образца). Поэтому для их измерения нужны точные инструменты. Способ замера деформаций при помощи поворота диаграммного барабана (лабораторная работа № 1) требуемую точность обеспечить не может главным образом потому, что абсолютные упругие деформации образца по величине сравнимы с абсолютными упругими деформациями очень длинных (по сравнению с образцом) частей испытательной машины (продольных стоек и продольного силового винта), несмотря на большую жесткость этих частей машины. Вследствие этого абсолютные упругие деформации, записанные на начальном участке диаграммы растяжения, являются суммарными деформациями образца и машины, сравнимыми между собой по величине. Но как только деформации образца резко возрастут вследствие текучести, они станут значительно больше упругих деформаций машины и (на диаграмме растяжения) могут считаться деформациями только образца с достаточной для последующих расчетов точностью.

Для того, чтобы полностью исключить влияние деформаций испытательной машины, в данной работе записывается деформация только образца. Для этого датчики-измерители деформаций устанавливаются на испытываемом образце.

Для измерения малых деформаций применяют различные измерительные инструменты, которые можно разделить по следующим группам:

1. Приборы для измерения линейных деформаций:

А. Стрелочные индикаторы (или мессуры). Индикатором как самостоятельным прибором измеряются линейные перемещения каких-либо выбранных точек. В комбинации с другими приспособлениями индикатор дает возможность определить линейные деформации между двумя выбранными точками.

Б. Тензометры механические (рычажные, рычажно-зеркальные, гидравлические и др.).

В. Тензометры электрические.

2. Приборы для измерения углов закручивания валов (различного вида торсиометры, как правило, с механическими и оптическими узлами).

3. Приборы для измерения углов поворота сечений балки при изгибе (различного вида инклинометры).

Конечно, в лабораторной практике механических испытаний материалов применяются и многие другие измерительные приборы.

В данной лабораторной работе производится измерение линейных деформаций при помощи рычажного тензометра Гугенбергера, относящегося к группе механических тензометров. Принципиальная схема этого тензометра показана на рис. 2.2.

Вследствие малости углов поворота рычагов, можно написать:

;

.

Исключая из данных формул величину «а», получим:

.

Величина называется коэффициентом увеличения прибора, по разности отсчетов, определяем удлинение:

.

Для повышения точности отсчетов у некоторых тензометров шкала снабжается прорезью с зеркалом. При производстве отсчета глаз следует располагать так, чтобы острие стрелки совпадало с его изображением в зеркале.

Тензометр Гугенбергера позволяет измерять только условное удлинение базы прибора S. Действительно, допустим, что вначале расстояние между ножом 8 и призмой 2 было S и тогда первоначальный замер Δ S характеризует действительное изменение длины базы S. Но следующий замер даст уже изменение длины, равной (S + Δ S₁). И все последующие замеры будут характеризовать изменение все новых и новых длин (S + Δ S₁ + Δ S₂), (S + Δ S₁ + Δ S₂ + Δ S₃) и т.д. При вычислении уже средних относительных удлинений обычно абсолютные удлинения относятся к базе прибора S, что и заставляет называть эти средние относительные удлинения условными.

Принцип работы тензометра основан на замере между какими-либо двумя точками образца (например А и В) до и после испытания. Первоначальное расстояние между этими двумя точками называется базой тензометра (S). Изменение длины базы (Δ S) дает значение среднего удлинения по направлению установки тензометра. Отношение дает среднее относительное удлинение (среднюю относительную деформацию), замеренное на длине S. Если деформированное состояние вдоль линии базы S однородно (например, в случае центрально растянутого призматического образца), то по результатам замера Δ S определяется точное значение истинной деформации ε для любой точки длины базы. В случае, если деформированное состояние вдоль базы изменяется, то замеренное значение удлинения Δ S позволит определить только среднее значение относительной деформации ε, которая будет тем ближе к местному истинному значению, чем меньше база тензометра. Тензометр Гугенбергера обычно имеет базу 20 мм (иногда 10 мм).

Рис. 2.2. Принципиальная схема рычажного тензометра Гугенбергера. 1 – испытываемый образец, 2 – подвижная призма, 3 – рама со шкалой 7 и ножом 8, 4 – рычаг, жёстко соединённый с призмой 2, 5 – тяга, 6 – стрелка, S – база прибора.

Тензометр при установке прижимается к испытательному образцу 1 обычно струбцинкой (на схеме не показана). При увеличении длины (S) при деформации образца нижняя точка призмы 2, перемещаясь вместе с соответствующей точкой В образца, вызовет поворот призмы вокруг ее верхнего ребра на некоторый угол. Вместе с призмой на этот же угол повернется рычаг 4 и при помощи тяги 5 отклонит стрелку 6. Нижний конец стрелки переместится по шкале 7 с деления «n» на деление «n₁».

Разность отсчетов по шкале Δ n = n₁ – n, выраженная в мм, пропорциональна удлинению Δ S.

Существуют приборы, которые позволяют измерять удлинения всегда одной и той же базы. Одним из таких приборов является экстензометр Баушингера, у которого вместо призмы 2 установлен вращающийся ролик: расстояние между ножом 8 и точкой касания ролика с поверхностью образца остается при всех последующих замерах одинаковым, равным базе S, а угол поворота ролика (поворачиваемого деформируемым образцом) передается на стрелку прибора и разность отсчетов по шкале всегда показывает удлинение только базы S.

Для определения коэффициента Пуассона необходимо измерить деформации в продольном и поперечном направлениях. Поэтому на образец устанавливается не менее двух тензометров, один – измеряющий деформации вдоль образца, другой – в перпендикулярном направлении (рис. 2.3).

Рис. 2.3.Схема установки тензометров на образце: тензометр №1 измеряет продольные деформации; тензометр №2 – поперечные деформации.

Иногда, для повышения точности измерений (для исключения влияния возможного изгиба образца при внецентренном приложении нагрузки), применяются четыре тензометра, по два на одинаковое направление деформации, причем каждый из этих двух тензометров устанавливается на противоположных плоскостях образца.

Образец устанавливается в зажимах машины FP-100 (описание дано в работе № 1), на которой и проводятся все последующие измерения.

Проведение испытаний

После установки образца в захватах машины на образец устанавливаются тензометры (рис. 2.3).

Для обжатия в захватах (то есть для выхода на линейный участок диаграммы растяжения – см. работу № 1) необходимо дать предварительную нагрузку. Величина этой нагрузки зависит от размеров и материала образца. Для лабораторного образца эта нагрузка составляет 500 – 1000 кг. Для полной определенности величина предварительной нагрузки должна контролироваться выходом на явно линейный участок (точка С, рис. 2.1) по кривой, записываемой на диаграммном барабане машины.

Рис. 2.4.Диаграмма растяжений в пределах упругих деформаций. Точки: С – начало измерений; D – конец измерений.

После некоторой выдержки при предварительной нагрузке (одна-две минуты), для выравнивания температуры образца с температурой окружающей среды, производятся первые отсчеты по приборам (n₁ и n₂), эти данные, а также величина предварительной загрузки заносится в тетрадь лабораторных работ. Отсчеты по тензометрам должны производиться с точностью до 0, 1 мм (на глаз). Затем нагрузка увеличивается на Δ Р [кг] и после одно-двухминутной выдержки вновь производится снятие отсчетов по приборам (n¹₁ и n¹ ₂). Величина Δ Р выбирается из двух соображений: 1) деформации образца должны оставаться упругими, т.е. конечная точка должна оставаться на линейном участке диаграммы растяжения, и этот факт должен контролироваться по диаграмме растяжения (точка D, рис. 2.4); 2) показания тензометров должны существенно отличаться от показаний при предварительной нагрузке. Для лабораторного образца величина Δ Р может иметь порядок 2000 ÷ 2500 кг.

После окончания испытаний образец разгружается до предварительной нагрузки и (после соответствующей выдержки) делаются контрольные отсчеты по приборам. При значительном отличии контрольных отсчетов от первоначальных при предварительной нагрузке испытания должны быть повторены.

⇐ Предыдущая1234

Поделиться: