Файл: Отчет по лабораторной работе 1 по дисциплине Техническая механика.docx
Добавлен: 02.05.2024
Просмотров: 23
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Аэрокосмический институт
Кафедра механики материалов, конструкций и машин
ОТЧЕТ
по лабораторной работе № 1
по дисциплине «Техническая механика»
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ ПРИ ИСПЫТАНИИ РАСТЯЖЕНИЕ 13.03.01 4021.142 ОО
Руководитель
канд. техн. наук, доцент
____________
«__»__________2022 г.
Студент группы
______________
«__»__________2022 г.
Оренбург 2022
Содержание
1 Цель работы 3
2 Теоретическая часть 3
3 Практическая часть 7
Список использованных источников 9
Лабораторная работа № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ НА РАСТЯЖЕНИЕ
1 Цель работы
Изучить поведение материалов при растяжении вплоть до разрушения и определить механические характеристики прочности, пластичности, а также работу, затраченную на разрыв образца.
2 Теоретическая часть
Испытания на одноосное растяжение - один из основных и наиболее распространенных видов испытаний. Полученные в результате эксперимента характеристики позволяют судить о прочности материала при статических нагрузках, выбирать материал для проектируемой конструкции и считаются основными при расчетах деталей машин и элементов конструкций на прочность. Методы испытания на растяжение стандартизованы.
Растяжение стержней вызывается силами, действующими вдоль его оси. В этом случае в поперечных сечениях стержня возникает только один внутренний силовой фактор – продольная (осевая) сила
.
При растяжении стержня в его поперечных сечениях возникают только нормальные напряжения, определяемые по формуле:
, (1)
где А – площадь поперечного сечения стержня.
Размеры растянутого стержня меняются в зависимости от величины приложенных сил. Если до нагружения стержня его длина была равна , то после растяжения она станет равной . Величину называют абсолютным удлинением, которое измеряется в единицах длины.
Отношение абсолютного удлинения стержня к его первоначальной длине называется относительным удлинением или относительной продольной деформацией (величина безразмерная, иногда удобно ее измерять в процентах):
. (2)
При упругих деформациях между нормальным напряжением и соответствующей ему относительной продольной деформацией существует прямо пропорциональная (линейная) зависимость, известная под названием закона Гука:
. (3)
Коэффициент пропорциональности Е между напряжением и деформацией называется модулем нормальной упругости (или другие названия: модуль упругости 1-го рода; модуль Юнга).
Модуль Юнга является физической константой материала и определяется опытным путем. Значение Е для стали практически не зависит от ее химического состава и термической.
Внешние силы, приложенные к деформируемому твердому телу, совершают работу W, которая накапливается в теле в виде потенциальной энергии деформации , т.е. на основе закона сохранения энергии . Работа внешней силы при растяжении образца равна площади диаграммы растяжения в координатах .
Тогда полная работа, затрачиваемая на деформацию, вплоть до разрушения, равна:
, (4)
где - наибольшее усилие, которое может выдержать образец;
- абсолютное остаточное удлинение к моменту разрушения образца, равное разности:
, (5)
где - длина рабочей части образца после разрыва;
- начальная длина рабочей части образца;
- коэффициент заполнения диаграммы растяжения: например, для малоуглеродистой стали .
Удельная работа, затраченную на разрушение:
, (6)
где - предел прочности (напряжение, соответствующее наибольшему усилию );
- относительное остаточное удлинение.
Таким образом, удельная работа деформации равна площади диаграммы растяжения в координатах .
Объект исследования. Стандартные образцы круглого поперечного сечения (рисунок 1).
Образец имеет рабочую часть постоянного по длине сечения, утолщенные головки для закрепления в захватах испытательной машины и переходные части с радиусом закругления . На рабочей части рисками отмечается расчетная длина . Стандарт предусматривает применение образцов, диаметр которых может изменяться в пределах от 3 до 25 мм. Наибольшее применение получили образцы диаметром
мм или 5 мм. Длина рабочей части принимается равной (нормальный образец) или (укороченный образец).
Рисунок 1 - Образец для испытаний
Диаграмма растяжения малоуглеродистой (мягкой) стали представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Диаграмма растяжения малоуглеродистой (мягкой) стали
Криволинейный участок в начале диаграммы получается за счет устранения люфтов в машине и обжатия головок образца, а его деформация начинается позднее.
С возрастанием нагрузки диаграмма принимает вид прямой 01. Начало координат диаграммы, соответствующее нулевой нагрузке, находится на пересечении этой прямой с осью абсцисс. Прямолинейный участок указывает на линейную зависимость между удлинением и нагрузкой (закон Гука), а точка 1 соответствует наибольшей нагрузке Fpr (proportionality -пропорциональность), до которой материал подчиняется закону Гука. Если нагрузку снять, то первоначальная длина образца lo восстанавливается, т.е. полученная деформация - упругая, и она практически исчезает после разгрузки.
Дальнейшее увеличение нагрузки выше Fpr приводит к некоторому отклонению диаграммы от прямой (закона Гука). Если при этом образец разгрузить, то деформация исчезает не полностью, т.е. появляется некоторая остаточная деформация.
За характерную нагрузку принимается сила Fе (elasticity - упругость), вызывающая в образце остаточную деформацию заданной малой величины - 0,05 %. Силе Fе, соответствует точка 2. Определение нагрузки Fе довольно сложно, так как требует очень точных измерений при испытаниях. Как показывают опыты, Fpr и Fе весьма близки друг к другу, т.е. можно считать Fpr ≈ Fе.
Продолжая нагружать образец выше Fе, можно отметить, что диаграмма идет почти по горизонтальной прямой. Точка 3 соответствует нагрузке Fу (yield - текучесть), при которой образец деформируется без возрастания нагрузки. Это явление называется
текучестью материала, и на диаграмме отмечается горизонтальная площадка, называемая площадкой текучести 3 - 4. Силоизмеритель в это время показывает постоянную нагрузку или даже некоторое ее падение. Текучесть заканчивается тем, что материал вновь приобретает способность сопротивляться деформации. Это регистрируется силоизмерителем как возрастание нагрузки, и на диаграмме наблюдается так называемая зона упрочнения материала.
Если в пределах зоны упрочнения, начать разгрузку образца, то диаграмма пойдет по прямой j0', параллельной начальной прямой 01. В этом заключается закон разгрузки: между силой и деформацией при разгрузке всегда сохраняется линейная зависимость (соответствие закону Гука). Полная деформация ОК, соответствующая точке j, складывается из упругой Δlej, исчезающей при разгрузке, и остаточной Δlrj деформаций.
При повторном нагружении образца, получившего остаточную деформацию Δlrj, диаграмма пойдет из нового начала координат 0' и изобразится линией , т.е. усилия, соответствующие Fpr и Fу , увеличатся.
Это означает, что повышаются упругие свойства материала, но снижается пластичность. Такое изменение свойств материала вследствие предварительного растяжения до нагрузки выше Fpr и Fу называется наклепом.
Наклеп делает материал более хрупким, уменьшая величину остаточной деформации к моменту разрушения в точке 6.
Далее от точки j диаграмма будет продолжаться, совпадая с кривой упрочнения j5. Точка 5 соответствует максимальной (предельной) нагрузке Fu (ultimate -предельный). После достижения нагрузкой значения Fu начинается местное сужение образца в виде шейки, в результате чего происходит падение нагрузки, вплоть до разрушения образца. Точка 6 соответствует разрушающей нагрузке Ff, (fracture - разрыв), при которой образец разрушается.
3 Практическая часть
Характеристики прочности материала:
Предел пропорциональности - максимальное напряжение, до которого материал подчиняется закону Гука:
. (7)
Предел текучести - напряжение, при котором происходит рост деформации без увеличения нагрузки: