Сопротивление материалов: Практикум по лабораторным работам

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ и науки РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Санкт-Петербургская государственная
академия сервиса и экономики

 

Кафедра «Бытовые машины и приборы»

Г.В. Лепеш

Практикум
по лабораторным работам
для студентов специальностей 230100, 230300, 280900

Санкт-Петербург

2004

Одобрены на заседании кафедры БМП, протокол №4 от 04.04.2004 г.

Утверждены Методическим Советом ИСТС, протокол №2 от 02.02.2004 г.

Сопротивление материалов. Практикум по лабораторным работам для студентов специальностей 230100, 230300, 280900. – СПб.: Изд-во СПбГАСЭ, 2004. – 31 с.

Практикум предназначен для студентов очного и заочного обучения специальностей 230100, 230300 и 280900.

Все разделы практикума содержат основные сведения, составляющие теоретическое и практическое обоснование методов, применяемых в экспериментальных исследованиях, а также методические указания к выполнению работы.

Для некоторых основополагающих лабораторных работ приводятся примеры, содержащие экспериментальные данные и способы их обработки.

Выполнению лабораторных работ предшествует изучение разделов дисциплины "Сопротивление материалов" с использованием литературы в соответствии с рекомендованным списком практикума

Составитель: д-р тех. наук, проф. Г.В. Лепеш

Рецензент: д-р тех. наук, проф. Г.В. Парантаев

Ó Санкт-Петербургская государственная академия сервиса и экономики

2004 г.

Содержание

Лабораторная работа №1. Определение
физико-механических характеристик
материалов при растяжении и сжатии.. 4

Лабораторная работа №2. Определение
твердости металла.. 10

Лабораторная работа №3. Определение
модуля продольной упругости.. 15

Лабораторная работа №4. Определение
коэффициента Пуассона.. 16

Лабораторная работа №5. Определение
деформации консольной балки.. 19

Лабораторная работа №6. Проверка трех
положений механики на примере
деформаций двухопорной балки.. 22

Лабораторная работа №7. Определение
деформаций балки на двух опорах.. 24

Лабораторная работа №8. Исследование
напряженного состояния тонкостенной
трубы при одновременном действии на
нее крутящего и изгибающего моментов.. 25

Лабораторная работа №9. Определение
ударной вязкости пластичного и
хрупкого материалов.. 28

Литература.. 31

Лабораторная работа №1.
Определение физико-механических
характеристик материалов при
растяжении и сжатии

Цель работы – исследовать процесс растяжения образца малоуглеродистой стали при растяжении.

Порядок  проведения работы:

1.1. Изучить схему испытательной машины.

1.2. Подготовить и провести эксперимент вплоть до разрушения образца.

1.3. Получить диаграмму растяжения и установить основные механические характеристики материала образца.

Введение

Испытание материалов на растяжение является самым распространенным видом испытания материалов, так как при нем наиболее ярко выявляются характеристики прочности и пластичности материалов.

К основным механическим характеристикам материалов, определяемым при испытаниях на растяжение, относятся:

-  предел пропорциональности ;

-  предел упругости ;

-  предел текучести :

-  предел прочности ;

-  относительное остаточное удлинение при разрыве ;

-  относительное остаточное сужение .

Наиболее наглядно результаты испытания образца на растяжение представляются диаграммой (рис. 0.1), выражающей наглядно зависимость удлинения от нагрузки. Пределы пропорциональности и упругости по диаграмме растяжения не определяют, так как для этого требуются более точные измерения.

  

                         а)                                       б)                              в)

Рис. 0.1. Диаграммы одноосного растяжения образца

а) – с площадкой текучести; б) – без площадки текучести;
в) – хрупких материалов.

На рис. 0.1 а) изображена типичная кривая, полученная при испытании на растяжение образцов из низколегированных сталей. Здесь на участке  сохраняется прямая пропорциональная зависимость, а координаты точки  определяют предел пропорциональности . Участок  характеризуется появлением пластических деформаций, которые растут даже без приложения нагрузки. Это явление называют текучестью материала, а напряжение, соответствующее точке , -  пределом текучести . На участке  напряжение возрастает и в точке  достигает максимального значения. Дальнейшее удлинение приводит к разрушению материала. Напряжение, соответствующее точке , носит название  предела прочности. Для материалов из высоколегированной стали нет явно выраженной площадки текучести, а потому используется понятие условного предела текучести (рис. 0.1 б)), за который принимают напряжения, при которых остаточная деформация равна . Для хрупких материалов явление текучести вообще не имеет место, а кривая растяжения имеет вид, показанный на рис.  0.1 в).

1.1. Устройство и действие испытательной машины

Испытание производится на универсальной машине УММ-10 (рис. 1.2) или разрывной машине Р-5.

 

Рис. 1.2. Схема машины УММ-10.

Машина УММ-10 (гидравлического принципа действия) предназначена для испытания материалов на сжатие и растяжение с построением диаграмм. Максимальное усилие 10т (980 кН). При испытании на растяжение образец 1 закрепляется в захватах 2 и 3, при испытании на сжатие – помещается между плитами 4 и 5.

После включения машины в цилиндре 6 постепенно увеличивается давление (масло в цилиндр нагнетается по маслопроводу 7). Нагрузка через поршень 8, поперечину 9, штанги 10 и опору 11 передается на испытываемый образец.

Для контроля за величиной этой постепенно возрастающей нагрузки из цилиндра 6 выведена еще одна труба 12, соединяющая его с цилиндром 13 маятникового силоизмерителя. Изменение давления масла в цилиндре силоизмерителя приводит в движение его поршень. Шток поршня соединен с маятником 14, передающим движение рейке 15, а через нее и стрелке динамометра 16. Та же рейка соединена с пером диаграммного аппарата 17. Таким образом, любое изменение нагрузки фиксируется на бумажной ленте. Угол поворота катушки диаграммного аппарата соответствует в определенном масштабе величине деформаций образца под нагрузкой.

Динамометр и диаграммный аппарат у машины УММ-10 вынесены на пульт управления 18.

Принцип работы машины Р-5 аналогичен описанному выше. Только максимальное усилие ее вдвое меньше, и передается оно от электропривода через червячный редуктор.

1.2. Порядок подготовки и проведения эксперимента

Перед выполнением работы произведем его обмер штангенциркулем. Пусть, например, =107,95; =6,1  Þ =3,05.

Выполним эскиз образца (рис. 1.3.) с указанием основных размеров. Далее закрепим образец в захватах машины и проверим готовность машины к испытаниям. Затем включим машину и постепенно, следя за показаниями динамометра, будем увеличивать растягивающее усилие до разрыва образца. После разрыва образца выключим испытательную машину и извлечем части разрушенного образца из захватов машины. Далее произведем их обмер и зарисуем с указанием основных размеров (рис. 1.3.).

Пусть длина образца после разрушения

Найдем диаметр образца в месте разрыва.