Методические рекомендации к выполнению лабораторных работ по дисциплине "Сопротивление материалов". Часть 1, страница 4

Для испытания изготовляются образцы кубической формы стандартных размеров со стороной, равной 4 – 5 см. Перед установкой  на прессе размеры образца измеряются с точностью до 0,1 см. Характерный вид образцов до и после испытания показан на рис. 3.5,а,б.

При сжатии вдоль волокон образец деформируется мало,  главным образом за счет смятия торцов, и разрушается как хрупкий материал, с образованием продольных трещин и поперечных складок (рис.3.5,а). Хрупкий характер разрушения древесины при сжатии вдоль волокон подтверждает и вид диаграммы сжатия (рис.3.6, кривая 1). В результате испытания определяется предел прочности .

Рис. 3.5                                                  Рис. 3.6

При сжатии древесины поперек волокон (рис.3.5,б) образец ведет себя как пластичный материал. Он сильно деформируется при весьма малом возрастании нагрузки. При отсутствии сучков в образце, деформации происходят без появления видимых признаков разрушения (трещин). Обычно испытание прекращают при уменьшении высоты образца на 1/3 (рис.3.6, кривая 2) и по нагрузке, отмеченной в этот момент испытания, условно подсчитывают максимальное напряжение: .

Предел прочности при сжатии вдоль волокон, как правило, в 7-9 раз выше, чем напряжение при сжатии поперек волокон. Таким образом, пластические и прочностные свойства древесины вдоль и поперек волокон различны; следовательно, это анизотропный материал. В связи с этим допускаемое напряжение для древесины зависит от того, под каким углом направлено сжимающее усилие по отношению к слоям древесины.

3.4 Исследование на сжатие искусственного цементного камня

Стандартная форма образца – кубик со стороной 70,7 мм, площадь поперечного сечения его близка к 50 см² . Цементный камень очень хрупкий материал. При установке образца на прессе требуется особенно тщательно отнестись к центрированию нагрузки, т.к. небрежность на этом этапе проведения опыта может существенно исказить результаты.

Рис. 3.7

Как видно из диаграммы сжатия цементного камня (рис. 3.8), его разрушение происходит практически без заметной остаточной деформации. Характерный вид разрушения образца представлен на рис. 3.7,б.

Единственная механическая характеристика, которую можно определить в результате испытания – это предел прочности . Форма разрушения в виде двух усеченных пирамид, соединенных меньшими основаниями в средней части высоты образца, объясняется действием сил трения, возникающих по плоскости соприкосновения образца с плитами пресса. Силы трения препятствуют равномерному расширению образца. Справедливость этого утверждения подтверждает опыт на сжатие того же образца, но с использованием парафиновой смазки, уменьшающей трение в плоскостях соприкосновения с плитами пресса. В этом случае разрушение происходит так, как показано на рис.3.7.в. Образование продольных трещин свидетельствует о том, что разрушение происходит от нарушения сопротивления отрыву при поперечном расширении образца.

Сравнивая между собой результаты опытов на сжатие различных материалов, можно сделать общий вывод о том, какие из них были хрупкими, пластичными, изотропными, анизотропными, почему им даны такие оценки.

Испытания на сжатие распространены значительно меньше, чем испытания на разрыв. Это объясняется трудностями получения в образце малой высоты однородного напряженного состояния сжатия. Использовать же образцы, более чем в два раза превышающие поперечный размер, нежелательно, т.к. в этих условиях не исключено наложение на центральное сжатие деформации изгиба из-за потери устойчивости образца.

Рис.3.8

Кроме того, проведенные испытания показывают, что из испытаний на сжатие извлекается значительно меньше информации, чем на растяжение. Особенно это относится к результатам испытания пластических материалов, в частности стали, для которой при сжатии из всех механических характеристик прочности и пластичности удалось определить только предел пропорциональности. Однако для хрупких материалов, которые имеют, как правило, различную прочность на растяжение и сжатие и которые обычно работают в конструкциях именно на сжатие, испытание образцов на сжатие совершенно необходимо.

Контрольные вопросы:

1.  По каким признакам материалы делят на пластичные и хрупкие?

2.  Назовите, какие из испытанных материалов являются пластичными и какие – хрупкими?

3.  Какие механические характеристики удалось определить в результате испытания на сжатие образца из пластичной стали и каков вид диаграммы сжатия образца из пластичной стали?

4.  Какие механические характеристики удалось определить в результате испытания чугунного образца и как изменилась форма образца из чугуна в процессе испытания на сжатие?

5.  Какие материалы называют изотропными и анизотропными?

6.  Как разрушается образец из древесины при сжатии вдоль волокон? Какие механические характеристики были определены?

7.  Как изменился вид образца дерева при сжатии его поперек волокон? Обнаружены ли трещины? Каковы остаточные деформации?

8.  Опишите вид образца цементного камня после опыта на сжатие и характер его разрушения. Каков вид диаграммы сжатия цементного камня?

9.  Произведите сравнительную оценку сопротивления сжатию исследованных материалов.

Лабораторная работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГИХ СВОЙСТВ СТАЛИ В ОБЛАСТИ СПРАВЕДЛИВОСТИ ФОРМУЛ РАСТЯЖЕНИЯ-СЖАТИЯ

Цель работы: проверка справедливости закона Гука при растяжении и определение упругих постоянных стали – коэффициента Пуассона и модуля продольной упругости.

Из опытов на растяжение и сжатие образцов различных материалов известно, что до определенного напряжения они ведут себя упруго, т.е. при разгрузке полностью восстанавливают свои первоначальные форму и размеры. В конструкционных материалах упругие деформации так малы, что для их измерения необходимо применять специальные приборы, называемые тензометрами, которые измеряют деформации с увеличением в 900 ¸ 1200 раз. Упругие деформации в большинстве конструкционных материалов можно считать линейно зависящими от напряжения. Так, при осевом растяжении или сжатии . Коэффициент пропорциональности Е в этой зависимости для каждого материала имеет постоянное значение. Величина Е называется модулем продольной упругости или модулем Юнга.