Чернігівський національний педагогічний університет

імені Т.Г.Шевченка

Кафедра загальнотехнічних дисциплін та креслення

В.М. ПЕТРИК

А.П. ЧЕРНИШОВ

ОПІР МАТЕРІАЛІВ

Посібник до лабораторних робіт

Чернігів – 2010

УДК 620.17(076)

ББК Ж 121р30

П 30

Рецензенти

Гетта В.Г. кандидат педагогічних наук, професор

кафедри технологічної освіти та інформатики Чернігівського національного педагогічного університету;

Ховрич  М.О. кандидат педагогічних наук, доцент,

завідувач кафедри технологічної освіти та інформатики Чернігівського національного педагогічного університету.

Петрик В.М., Чернишов А.П.

Опір матеріалів: навчальний посібник до лабораторних робіт для студентів технологічного факультету. – Чернігів: Чернігівський національний педагогічний університет імені Т.Г. Шевченка, 2010. – 56 с

Посібник містить лабораторні роботи з основних розділів курсу "Опір матеріалів". В ньому розглянуті теоретичні питання, експериментальна перевірка яких складає предмет лабораторних робіт, викладені будова і принцип дії лабораторного устаткування, порядок виконання робіт, наведені зразки звітів.

Рекомендовано до друку Вченою радою технологічного факультету Чернігівського національного педагогічного університету імені Т.Г. Шевченка

 Петрик В.М., Чернишов А.П., 2010  ЧНПУ, 2010

ЗМІСТ

Вступ 4

Лабораторна робота№1 5

Лабораторна робота№2 15

Лабораторна робота№3 19

Лабораторна робота№4 25

Лабораторна робота№5 30

Лабораторна робота№6 38

Лабораторна робота№7 43

Лабораторна робота№8 49

Список рекомендованої літератури 55

Вступ

Навчальним планом спеціальності 6.01.01.03 технологічна освіта, та 6.01.01.04 професійна освіта на вивчення курсу опору матеріалів планується відводитися – 54 години і 72 години відповідно, з них 16 годин для проведення лабораторних занять.

При цьому з відповідності з програмою рекомендується виконувати наступні роботи:

1. Визначення механічних характеристик при розтягу стального зразка.

2. Дослідження заклепкового з’єднання.

3. Дослідження зварних з’єднань.

4. Випробування на кручення зразків пластичного та крихкого матеріалів.

5. Визначення напружень при згині методом електротензометрії.

6. Дослідження деформації балки при згині.

7. Дослідження стійкості стиснутого стержня.

8. Випробування матеріалів на втомленість.

Лабораторна робота №1 Діаграма розтягу маловуглецевої сталі та визначення характеристик міцності та пластичності

Мета визначити поведінку зразка м’якої сталі при розтягу до розриву, оволодіти умінням визначати по діаграмі розтягу характеристики міцності та пластичності і допустимі напру­ження даного матеріалу.

Короткі теоретичні відомості.

Основними механічними властивостями, числові характе­ристики яких визначаються при випробуваннях матеріалів, є такі:

1. Міцність – здатність матеріалу не руйнуючись сприймати зовнішні навантаження.

2. Пластичність – здатність матеріалу набувати значних остаточ­них деформацій.

3. Пружність – здатність матеріалів відтворювати після зняття навантажень свою початкову форму і розміри.

4. Твердість – здатність матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого, більш твердого тіла.

Характеристики міцності:

• Границя пропорційності .

• Границя текучості .

• Границя міцності (тимчасовий опір) .

Границею пропорційності називається найбільше напруження до якого деформації зростають пропорційно навантаженням.

Границею текучості називається напруження при якому відбувається зростання деформації практично без зміни навантажень.

Границя міцності являє собою напруження, що відповідає максимальній силі (напруження, при якому починається руйнування матеріалу).

Тимчасовий опір – це умовне напруження, що відповідає найбільшому навантаженню, яке попереджає руйнування зразка після утворення, у ньому шийки . Тимчасовий опір для матеріалів, зразки яких руйнуються без утворення шийки, називається границею міцності матеріалів,

Існує також границя пружності матеріалу.

Границею пружності називається напруження при якому в матеріалі виникає остаточна деформація, рівна поперед заданої малої величини (0,002%-0,005%) початкової довжини зразка.

Границя пружності здебільш незначно перевищує границю пропорційності.

Основними кількісними характеристиками пластичності матеріалу є:

- відносне залишкове подовження при розриві:

, (1.1)

де l₁ – довжина розрахункової частини після розриву;

l₀ – довжина розрахункової частини до випробування.

- відносне звуження перерізу в місці розриву:

, (1.2)

де А₁ – початкова площина з перерізу;

А₀ – площа перерізу зразка в місці розриву.

Важливою характеристикою матеріалу є питома робота при розриві, тобто робота, віднесена до одиниці об’єму розрахункової частини зразка.

, (1.3)

де – площа діаграми:

, (1.4)

тут F_max – максимальна сила;

– абсолютне подовження;

– коефіцієнт повної діаграми. Для металів =0,85 питома робота руйнування характеризує властивість матеріалу чинити опір ударним навантаженням.

По вигляду деформацій розрізняють випробування на розтяг, стиск, зріз, кручення та згин.

Найбільш поширені випробування матеріалів на розтяг. Механічні характеристики, одержані при випробуванні на розтяг, дозволяють в багатьох випадках досить вірно судити про поведінку матеріалу і при інших видах деформацій. Крім того, випробування на розтяг легко здійснити.

Випробування на розтяг спеціальних зразків (рис.1.1) матеріалів виконують на спеціальних розривних або універсальних машинах. В нашій лабораторії випробування виконуються на універсальній машині УММ-20.

Як показали досліди, тільки геометрично подібні із одного і того ж матеріалу зразки дають однакові результати. Для дотриму­вання подібності необхідно при виготовленні зразків виконувати наступні умови:

(1.5)

По діючим нормам основними співвідношеннями для вибору зразків являються:

при ;

при ,

де – розрахункова довжина зразка;

– початкова площа;

– діаметр початкової площі перерізу.

Зразки з діаметром називаються "нормальними", інші "пропорційними".

Рис. 1.1

Зразок розмічають на ділянки довжиною 10 мм кожна та розміщують в машині і виконують розтяг. Машина звичайно забез­печена діаграмним апаратом, який в процесі випробування викреслює графік залежності між розтягуючою силою F і відповід­ним видовженням .

На рис. 1.2 показано приклад виду діаграми розтягу зразка маловуглецевої сталі. На початку випробування деформації зростають пропорційно навантаженням, тобто справедливий закон Гука, після точки А пропорційність порушується. За точкою В, яка знаходиться зовсім близько від точки А, у зразку виникають перші незначні остаточні деформації.

Потім на діаграмі може виникнути горизонтальна ділянка, яка свідчить про те, що деформації зростають практично без збіль­шення навантаження. Це явище називається текучістю металу.

Рис. 1.2

На полірованій поверхні зразка текучість проявляється у вигляді численних ліній, нахилених під кутом 45° до осі зразка (лінії Чернова), що взаємно перетинаються, ці лінії являють собою видимі неозброєним оком зсуви кристалів на поверхні.

Після закінчення стадії текучості матеріал знову починає чинити опір деформації (ділянка СD діаграми). Цю ділянку називають зоною зміцнення. Потім на зразку виникає місцева витончена "шийка" (точка D), після чого навантаження падає і відбувається розрив (точка E).

Очевидно, що зусилля деформації на цій діаграмі залежить не тільки від властивості матеріалу, але й від розмірів зразку. Щоб виключити вплив абсолютних розмірів зразка діаграму перебудовують, всі ординати поділяють на початкову площу перерізу зразка A₀, а всі абсциси – на початкову розрахункову довжину l₀. В результаті одержують так названу умовну діаграму розтягу (рис. 1.3) в координатах відносне видовження ; нормальне напруження .

Рис. 1.3

На рисунку 1.4 наведено приклад виду діаграми відносних остаточних видовжень по ділянках 10 мм, на які розмічається робоча довжина зразка.

Рис. 1.4

Якщо побудувати діаграму, в якій напруження визнача­тимуться з урахуванням зміни площі перерізу зразка, то одержимо так звану істинну діаграму напружень яка значно буде відрізнятися від умовної, особливо за границею текучості. Найбільше напруження у такій діаграмі буде в момент розриву зразка.

Якщо випробуваний зразок з м’якої сталі розтягнути до стану, при якому напруження перевищує границю текучості, а потім розвантажити, то діаграма розвантаження матиме вигляд прямої MN (рис. 1.5), паралельної початковій прямолінійній ділянці OА діаграми напружень. Це свідчить про те, що під час випробування аж до розриву поряд із зростаючою пластичною деформацією має місце пружна деформація, що підлягає закону Гука і зникає при розвантаженні.

Рис. 1.5

– залишкова (пластична) деформація; – пружна деформація.

Якщо зразок, розтягнутий до стану, при якому напруження вищі від границі текучості, розвантажити і витримати без навантаження (дати "відпочити"), то його деякі механічні властивості відновлюються і при повторному навантаженні він підлягає закону Гука; його границя пропорціональності підвищується, а подовження при розриві зменшується. Це явище називається наклепом.