Литература

1. Арзамасов Б.И. Материаловедение технология конструкционных материалов.– М: Издательский центр «Академия», 2007.

2. Сироткин О.С. Теоретические основы общего материаловедения. Казань, КГЭУ, 2007. –348 с.

3. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: Учеб. пособие / под ред. В.С. Чередниченко. – 3-е изд., стер. – М.: Омега-Л, 2007. – 752 с.

Лабораторная работа № 10

ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ НА КРУЧЕНИЕ

Цель работы

Изучить методику определения предела прочности при кручении и исследовать характер разрушения образца.

Рабочее задание

1. Вычислить условный предел прочности при кручении;

2. Построить диаграммы кручения образцов;

3. По характеру поломки образца определить причину разрушения (имел ли место при разрушении сдвиг или отрыв материала) т.е. выявить, какие напряжения для данного материала опасны.

Оборудование и материалы

Виртуальный лабораторный комплекс, испытательная машина КМ-50-1.

Проведение испытания

Последовательность действий следующая:

1. Взять образец со стола;

2. Установить образец в испытательную машину. Взять образец в руки, применить его к любому кулачку КМ-50-1, образец должен исчезнуть. Далее (рис. 1) нужно ручку захвата (1) повернуть по часовой стрелке на 30°, при этом вращении плашка (2) будет совершать движение от вас, а плашка (3) движение к вам. В результате этого движения расстояние между плашками (2) и (3) несколько увеличится. В таком положении захватов между кулачками появляется образец, и ручка (1) совершает движение против часовой стрелки. Плашки сходятся и образец зажимается

3. Включить КМ-50-1. Повернуть тумблер (2) (рис. 2) в положение «ВКЛ»;

Рис. 1. Работа захвата

Рис. 2. Пульт управления и индикаторные приборы

4. нажатькнопку «ПУСК» (1). Образец начнет закручиваться. На шкале отобразится напряжение.

Одна стрелка связана с процессом и показывает данные процесса, а вторая стрелка приводится в движение первой. Смысл второй стрелки–показать максимальное зафиксированное значение, т.е.когда первая шкала укажет максимум, а потом пойдет на понижение, вторая шкала останется на максимуме. Ручное управление второй стрелкой осуществляется при помощи рукоятки в центре.

Из отверстия динамографа начнет выходить диаграмма (рис. 3);

Рис. 3. Пример диаграммы зависимости угла закручивания

от прилагаемого момента

5. После проведения опыта образец разрывается. КМ-50-1 автоматически выключается. Необходимо извлечь сломанный образец и положить его на стол;

6. Извлечь диаграмму процесса. Диаграмму положить на стол и увеличить (клик левой клавишей мыши);

7. Установить шкалы и пассивную стрелку на ноль;

8. По соответствующим шкалам последовательно зафиксировать угол закручиванияи соответствующее ему значение крутящего момента М_к вплоть до разрушения образца;

9. По полученным значениям построить диаграмму кручения образца.

Обработка результатов, их обобщение и выводы

Полученные результаты следует обрабатывать следующим образом:

1. Зарисовать исследуемые образцы до и после механических испытаний, показывая изменение соответствующих параметров надлежащими формулами;

2. Вычислить условный предел прочности при кручении для чугунного и деревянного образцов по формуле (1):

где τ_в– предел прочности при кручении;М_мах – разрушающий момент;W_p– полярный момент сопротивления, вычисленный по диаметру образца до испытания по формуле (2):

Для стального образца применяется следующая формула:

где W_пл– пластический момент сопротивления, вычисляемый по формуле:

Также для стального образца можно использовать формулу (3):

3. По величине угла закручивания, при котором произошло разрушение образца, определить пластичностьматериала.

Для вала круглого поперечного сечения угол закручивания определяется по формуле:

где l– расчетная длина образца,G– модуль сдвига,l_p = πd⁴/32 – полярный момент инерции поперечного сечения образца.

При кручении длина lи диаметрdобразца в пределах упругих деформаций остаются неизменными. Величина модуля сдвига может быть определена из закона Гука, если в пределах пропорциональности для заданного приращения крутящего момента∆M_крна образце будут измерены приращения угла закручивания:

4. Заполнить журнал (таблица) испытаний:

Результаты испытаний образца

Крутящий момент МкрН∙м	Отсчет по индикатору А, мм	Разность отсчетов ∆А, мм	Деформация ∆φi, мин	Деформация φi = ∑∆φi +∆φi

По значению величин нагрузки (из первой колонки таблицы) и соответствующему этой нагрузке значению суммы приращений угла закручивания строится график диаграммы кручения в координатах М_кр – φ, по которому просматривается линейность зависимости междуМ_кри φ.

Для среднего приращения момента (ступени нагружения) ∆М_кропределяется среднее приращение угла закручивания∆φ_српо формуле (4):

где n– число ступеней нагружения.

Для испытания на кручение в качестве основных применяют цилиндрические образцы с диаметром в рабочей части 10 мм и с расчетной длиной 100 и 50 мм, с головками на концах для закрепления в захватах испытательной машины