Файл: Отчет по лабораторной работе 1 по дисциплине Техническая механика.docx

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

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 F_pr (proportionality -пропорциональность), до которой материал подчиняется закону Гука. Если нагрузку снять, то первоначальная длина образца l_o восстанавливается, т.е. полученная деформация - упругая, и она практически исчезает после разгрузки.

Дальнейшее увеличение нагрузки выше F_pr 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 F_е (elasticity - упругость), вызывающая в образце остаточную деформацию заданной малой величины - 0,05 %. Силе F_е, соответствует точка 2. Определение нагрузки F_е довольно сложно, так как требует очень точных измерений при испытаниях. Как показывают опыты, F_pr и F_е весьма близки друг к другу, т.е. можно считать F_pr ≈ F_е.

Продолжая нагружать образец выше F_е, можно отметить, что диаграмма идет почти по горизонтальной прямой. Точка 3 соответствует нагрузке F_у (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 Δl_ej, исчезающей при разгрузке, и остаточной Δl_rj деформаций.

При повторном нагружении образца, получившего остаточную деформацию Δl_rj, диаграмма пойдет из нового начала координат 0' и изобразится линией , т.е. усилия, соответствующие F_pr и F_у , увеличатся.

Это означает, что повышаются упругие свойства материала, но снижается пластичность. Такое изменение свойств материала вследствие предварительного растяжения до нагрузки выше F_pr и F_у 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 F_u (ultimate -предельный). После достижения нагрузкой значения F_u начинается местное сужение образца в виде шейки, в результате чего происходит падение нагрузки, вплоть до разрушения образца. Точка 6 соответствует разрушающей нагрузке F_f, (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:

---