Техническая механика. Лабораторные работы, примерв решения задач

Машиностроительное черчение
Начертательная геометрия
Техническая механика
ТРЕНИЕ  СКОЛЬЖЕНИЯ
ТРЕНИЕ  КАЧЕНИЯ
ИСПЫТАНИЕ СТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА НА РАСТЯЖЕНИЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ
ИСПЫТАНИЕ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ НА СРЕЗ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ  МОДУЛЯ СДВИГА
  ИСПЫТАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ВИНТОВЫХ ПРУЖИН
ИССЛЕДОВАНИЕ  УСТОЙЧИВОСТИ
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Статика
Плоская система сходящихся сил
Определить модуль и направление силы
Метод сечений
Напряжения, растяжение сжатие
Изгиб
Балка с защемлённым концом
Расчеты на прочность при изгибе
Элементы кинематики и динамики
Поступательное движение твёрдого тела
Динамика
Понятие о трении
Детали машин и механизмов
Сварка
Контрольная работа
Проверить прочность колонны
расчет на прочность при растяжении
Для заданной консольной балки
Вал вращается в подшипника
Инженерная графика
 

ИСПЫТАНИЕ НА СЖАТИЕ ОБРАЗЦОВ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 по дисциплине «ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомиться с методами испытания материалов на сжатие. Определить механические характеристики пластических и хрупких материалов при сжатии. 

ОБОРУДОВАНИЕ

1. Пресс гидравлический ПГ-200

2. Образцы для испытания

3. Штангенциркуль, линейка

4. Калькулятор 

ПОЯСНЕНИЯ К РАБОТЕ

При проектировании машин, механизмов, узлов и отдельных деталей конструктору необходимо знать данные о механических свойствах материала, то есть его прочность, твердость, упругость, пластичность и т.д. Их можно получить путем механических испытаний, проводимых в лаборатории на соответствующих машинах. Таких испытаний проводится много и самых различных, но основными и наиболее распространенными являются испытания на растяжение и сжатие.

При испытаниях на сжатие используются короткие образцы, высота которых превышает размеры поперечного сечения не более чем в два, максимум в три, раза (рис. 1). Это связано с тем, что при большой высоте сжатие образца сопровождается его искривлением, что значительно искажает результаты испытаний. 

  

 

 Рис. 1. Образцы для испытаний на сжатие

Испытание на сжатие проводится на специальных машинах, чаще всего, на гидравлических прессах. В данной работе испытываются образцы из мягкой стали, бетона и дерева. Испытания проводятся на гидравлическом прессе ПГ-200 мощностью 200 тс (2000 кН).

Строительные материалы (бетон, кирпич, стекло и т.п.) испытывают в основном на сжатие. Дерево испытывают на сжатие как вдоль, так и поперек волокон. Пластичные металлы (низкоуглеродистую сталь, сплавы меди, алюминия и др.) испытывают на сжатие реже, чем на растяжение. Объясняется это тем, что для пластических материалов модуль упругости Е, коэффициент Пуассона m, пределы пропорциональности, упругости и текучести при сжатии имеют примерно те же значения, что и при растяжении. Но напряжение, соответствующее разрушающей силе, при сжатии пластических материалов получить нельзя, так как образец не разрушается, а пластически деформируется (расплющивается) и сжимающая сила постоянно возрастает (рис. 2). Для таких материалов понятие «предел прочности при сжатии» не существует. Поэтому испытаниям на сжатие главным образом подвергают хрупкие материалы.

 

 Рис. 2. Деформация пластичного образца при сжатии

Для сравнения результатов испытаний установлены стандартные размеры образцов и общие правила проведения опытов.

Для металлов применяют цилиндрическую форму образцов, высота которых равна одному или двум диаметрам (обычно d = h = 20 мм). Для других материалов применяют образцы в виде кубов. Стороны кубов равны: для дерева а = 50 или 100 мм, для цемента а = 70 или 140 мм, для бетона а = 200 или 300 мм.

Образец помещают между опорными плитами пресса, которые, сближаясь, сжимают его. На результат опыта сильно влияет трение между основаниями образца и опорными плитами пресса. Сжатый в продольном направлении образец стремится расшириться в поперечных направлениях, однако возникающее у его торцов трение препятствует этому (рис. 3).

 F 

 F

 

 Рис. 3. Влияние трения на процесс сжатия образца

Хрупкие материалы лучше сопротивляются сжатию, чем растяжению, поэтому они применяются для изготовления элементов, работающих на сжатие.

При испытании материалов на сжатие записывается диаграмма в координатах F, ∆ℓ или в координатах s, e.

Диаграмма сжатия пластичных материалов, например, низкоуглеродистой стали (рис. 4), имеет те же начальные участки упругости и текучести, что и диаграмма растяжения. Но в процессе сжатия увеличиваются площадь сечения образца и нагрузка, необходимая для его деформирования, поэтому после площадки текучести диаграмма сжатия заметно отличается от диаграммы растяжения.

 

 

 Рис. 4. Диаграмма сжатия низкоуглеродистой стали

Для большинства пластичных материалов в результате испытаний на сжатие определяют условный предел текучести s0,2. В тех случаях, когда пределы текучести при растяжении и сжатии различны, их обозначают соответственно s0,2р и s0,2с или sТр и sТс. Примерами материалов, для которых s0,2с > s0,2р, являются некоторые легированные стали, подвергнутые закалке. Например, для стали 30ХГС s0,2р ≈ 0,88s0,2с. Такие материалы называются хрупкопластичными.

При испытании на сжатие чугунного образца единственная получаемая характеристика – это предел прочности при сжатии sВс. Получаемая диаграмма сжатия (рис. 5) по форме похожа на диаграмму растяжения. Эти диаграммы искривляются уже с самого начала и, после достижения максимальной нагрузки, резко обрываются. Однако ординаты диаграммы напряжений при сжатии в 3…4,5 раза больше, чем при растяжении, так как sВс ≈ (3…4,5) sВр. К моменту разрушения укорочение образца из чугуна составляет всего 0,9%.

 

 

 Рис. 5 Диаграмма сжатия чугуна

На рис. 6 показан характер разрушения образца из серого чугуна. Трещины, появляющиеся на образце, направлены под углом примерно 45° к его оси.

 

 Рис. 6. Образец из чугуна до и после сжатия

Образцы из бетона, песчаника, кирпича, которым придают форму куба, разрушаются при сжатии таким образом, что остаются две усеченные пирамидки с вершинами, обращенными друг к другу, а боковые части отваливаются (рис. 7). Разрушение в основном происходит тоже под углом 45° к основаниям кубика.

 F

 

 

 F

Рис. 7. Бетонный образец после испытания на сжатие

 Испытание на сжатие деревянных образцов представляет особый интерес вследствие того, что прочность этого материала, имеющего волокнистую структуру, неодинакова вдоль и поперек волокон (это анизотропный материал).

Диаграммы сжатия древесины вдоль (кривая 1) и поперек (кривая 2) волокон показаны на рис. 8.

 

 Рис. 8. Диаграммы сжатия древесины: 1 – вдоль волокон, 2 – поперек

При сжатии деревянного образца вдоль волокон на участке ОА (рис.8, кривая 1) древесина работает почти упруго, и рост деформаций фактически происходит пропорционально увеличению нагрузки. При дальнейшем увеличении нагрузки (участок АЕ) деформации начинают расти быстрее, чем усилия. Это указывает на упругопластическую область работы материала. Разрушение образца происходит при нагрузке Fmax (точка Е) пластично. Появляется характерная складка (рис. 9). Процесс разрушения может также сопровождаться обмятием торцов образца и появлением продольных трещин.

 

Рис. 9. Деревянные образцы, разрушенные при сжатии вдоль волокон

При сжатии образца поперек волокон (рис. 9, кривая 2) до небольшой нагрузки (точка В), соответствующей пределу пропорциональности, между нагрузкой и деформацией существует линейная зависимость (участок ОВ). Затем деформации быстро увеличиваются, а нагрузка растет незначительно. В результате образец спрессовывается – уплотняется (рис. 10).

 

 Рис. 10. Деревянный образец до и после сжатия поперек волокон

При наличии в нем пороков (сучки, трещины и т.п.) он может разрушиться. Разрушающая нагрузка определяется условно. Она соответствует деформации сжатия образца на 1/3 своей первоначальной высоты.

Как видно из сопоставления диаграмм (рис. 8), сопротивление древесины сжатию вдоль волокон примерно в 8…10 раз больше сопротивления поперек волокон.

 ЗАДАНИЕ

При подготовке к лабораторной работе студент должен:

– ознакомиться с устройством и принципом работы гидравлического пресса ПГ-200;

 – знать закон Гука и внутренние силовые факторы, возникающие в поперечных сечениях бруса при сжатии;

 – знать основные механические характеристики материалов и способы их определения;

  – уметь строить условные диаграммы сжатия пластичных, хрупкопластичных и хрупких материалов;

– уметь определять напряжения в характерных точках условных диаграмм; 

 – ответить на контрольные вопросы;

 – правильно оформить отчет по лабораторной работе.

 

РАБОТА В ЛАБОРАТОРИИ

1. Испытание на сжатие чугунного образца

Испытание чугуна дает возможность определить предел прочности при сжатии. Образец должен иметь размеры: диаметр от 10 до 25 мм, высота от одного до трех диаметров. Поверхности торцов должны быть гладкими, плоскопараллельными и перпендикулярными к оси образца. Скорость перемещения подвижной плиты пресса не должна быть более 2 мм/мин.

 Характеристика образца 

Материал

Начальная длина ℓ0, мм

Начальный диаметр d0, мм

Чугун Сч 12

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ

  1. Измерить диаметр d0 высоту ℓ0 образца.

 3. Установить образец на опорные плиты. Опорные плиты оградить устройством, предохраняющим окружающих от осколков при разрушении образца.

 4. Включить электродвигатель и плавно нагрузить образец до разрушения.

 5. Определить наибольшее значение разрывной нагрузки FПЧС по силоизмерительному устройству.

 6. После разрушения образца выключить электродвигатель, вынуть разрушенный образец, рассмотреть рисунок образовавшихся трещин.

7. Вычислить предел прочности чугуна на сжатие по формуле:

 

8. Сделать выводы.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ

1. Площадь сечения образца до испытания:

А0 =   мм2

2. Разрывная нагрузка F = Н

 3. Предел прочности чугуна на сжатие:

   ≈ МПа

 

2. Испытание на сжатие деревянных образцов

 Испытание деревянных образцов представляет особый интерес из-за того, что прочность этого материала, имеющего волокнистую структуру, неодинакова вдоль и поперек волокон (это анизотропный материал). Для испытания применяют деревянные кубики со стороной 20, 50, 70 мм.

 

 а). Испытание на сжатие деревянного образца вдоль волокон

Характеристика образца

Материал

Начальные размеры а х а сечения, мм

Начальная высота, мм

Дерево – сосна

 

 ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ

1. Вычислить площадь поперечного сечения образца:

 А0 = а2

2. Установить образец на опорную плиту пресса таким образом, чтобы нагрузка действовала вдоль волокон.

3. Переместить верхнюю плиту пресса до соприкосновения плит с поверхностями образца.

4. Включить электродвигатель пресса и наблюдать за процессом сжатия образца.

5. Зафиксировать наибольшую нагрузку, которую выдержал образец.

6. Вычислить предел прочности дерева вдоль волокон по формуле:

  = МПа,

где   – наибольшая нагрузка, предшествующая разрушению образца;

А0 – площадь поперечного сечения образца до начала испытания.

 Результаты испытания

1. Площадь сечения образца до испытания:

А0 = а2 = мм2

2. Разрушающая нагрузка F′ПЧС = Н

 3. Предел прочности на сжатие вдоль волокон:

   = ≈ МПа

 б). Испытание на сжатие деревянного образца поперек волокон 

 Характеристика образца 

Материал

Начальные размеры а х а сечения, мм

Начальная высота, мм

Дерево – сосна

 ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ

1. Вычислить площадь поперечного сечения образца:

 А0 = а2

2. Установить образец на опорную плиту пресса таким образом, чтобы нагрузка действовала поперек волокон.

3. Переместить верхнюю плиту пресса до соприкосновения плит с поверхностями образца.

4. Включить электродвигатель пресса и наблюдать за процессом сжатия образца.

5. Зафиксировать наибольшую нагрузку, которую выдержал образец.

6. Вычислить предел прочности дерева поперек волокон по формуле:

  = МПа,

где   – наибольшая нагрузка, предшествующая разрушению образца;

А0 – площадь поперечного сечения образца до начала испытания.

 Результаты испытания

1. Площадь сечения образца до испытания:

А0 = а2 = мм2

2. Разрушающая нагрузка F′′ПЧС = Н

 3. Предел прочности на сжатие вдоль волокон:

   ≈ МПа

 3. Испытание на сжатие бетонного кубика

  Характеристика образца 

Материал

Начальные размеры а х а сечения, мм

Начальная высота, мм

Бетон

 Порядок проведения испытания

1. Вычислить площадь поперечного сечения образца:

 А0 = а2

2. Установить образец на опорную плиту. Опорные плиты оградить устройством, предохраняющим окружающих от осколков при разрушении образца.

3. Переместить верхнюю плиту пресса до соприкосновения плит с поверхностями образца.

4. Включить электродвигатель пресса и наблюдать за процессом сжатия образца.

5. Зафиксировать наибольшую нагрузку, которую выдержал образец.

6. Вычислить предел прочности бетона по формуле:

  = МПа,

где   – наибольшая нагрузка, предшествующая разрушению образца;

А0 – площадь поперечного сечения образца до начала испытания.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ

1. Площадь сечения образца до испытания:

А0 = а2 = мм2

2. Разрушающая нагрузка FПЧС = Н

 3. Предел прочности бетона на сжатие:

  ≈ МПа

В Ы В О Д Ы

1. В результате проделанной работы выяснилось, что чугунный образец оказался самым прочным из всех испытуемых материалов. Самым непрочным оказался образец из древесины при сжатии поперек волокон.

2. Предел прочности чугуна получился равным МПа. Это соответствует табличным значениям, равным sВ = 500…800 МПа. Это значит, что работа выполнена правильно.

 СОСТАВЛЕНИЕ  ОТЧЕТА

 Отчет о проделанной работе должен содержать:

 – эскиз образцов до испытания и после разрушения;

 – диаграммы сжатия пластичных и хрупких материалов, вычерченные в масштабе;

 – формулы и результаты вычислений пределов прочности испытуемых материалов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 1. Какой вид нагружения бруса называется сжатием?

 2. Какие напряжения возникают в сечениях бруса при сжатии?

 3. Как читается и записывается закон Гука при растяжении – сжатии?

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

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

6. Укажите цель проводимой работы

7. На какой испытательной машине выполняется работа?

8. Какой формы образцы применяются при испытаниях?

9. Для каких материалов испытание на сжатие имеет большое практическое значение?

10. В каком направлении дерево прочнее при сжатии?

11. Нужно ли вычислять размеры поперечного сечения образца после разрушения для вычисления предела прочности?

проститутки с видео.
Техническая механика. Лабораторные работы, примеры решения задач