Испытание на сжатие образцов Определение деформаций при косом изгибе Лабораторные работы по сопромату Испытание материалов на выносливость Проверка теории изгибающего удара Расчет на прочность и жесткость Метод сечений

Лабораторные работы по сопромату

Расчет на прочность и жесткость при растяжении - сжатии

Выбор материала и допускаемых напряжений.

Расчет физико-механических характеристик материала.

Диаграмма растяжения дюралюминия Д16 изображена на рис 1.1. Образец длиной l0=80 мм и диаметром d0=8 мм разрушается с образованием шейки d1=5,9 мм, что свидетельствует о том, что материал пластичный. Площадь поперечного сечения образца до испытаний:

после разрушения:

относительное остаточное

удлинение:

Относительное остаточное

сужение:

Определим основные характеристики прочности.

Предел пропорциональности

Условный предел текучести

Предел прочности (временное сопротивление σв)

 

Расчет допускаемых напряжений

Допускаемое напряжение [σ] выбираем, как некоторую долю предельного напряжения σпред, то есть 

где n – коэффициент запаса прочности.

Рекомендуемые знания n = 1,5 ÷ 2,5. Примем n = 1,5, тогда

МПа

 

  Проектировочный расчет на прочность ступенчатого стержня.

Для ступенчатого стержня представленного на рис 1.2 необходимо построить эпюру продольных сил, построить эпюру напряжений, отнесенную к площади А0, найти А0 из условия прочности.

Построение эпюры продольных сил.

Составим уравнение равновесия системы (рис 1.2)

, откуда

  Разобьем стержень на 3 участка АВ, ВС, СD, проведем на каждом из них произвольные сечения с координатами z1, z2, z3.

Участок АВ ( 0 ≤ z1 ≤ l1 = 0,2 м ). Из равновесия оставленной верхней части следует, что N(z1) = RA – qz1.

Значение N(z1) в начале участка т.А и в конце участка т.В равна N(z1=0) = RA = 48 кН и N(z1=l1) = RA – ql1 = 48 – 10 ∙ 0,2 = 46 кН.

На участке ВС ( 0 ≤ z2 ≤ l2 = 0,6 м ). Из условия равновесия получим N(z1) = RA – q(l1 + z2).

Значение N(z2) в начале участка т.В и в конце участка т.С равна N(z2=0) = =RA – ql1 = 48 – 10 ∙ 0,2 = 46 кН и N(z2=l2) = RA – q(l1 + l2) = 48 – 10(0,2 + 0,6) = =48 – 8 = 40 кН.

На участке СD ( 0 ≤ z3 ≤ l3 = 0,5 м ). Отбросим верхнюю часть, ее действие заменим продольной силой N(z3). Из условия равновесия следует

N(z3) = Р1 + q(l3 – z3).

Функция N(z3) представляет линейную зависимость. Значение N(z3) в начале участка т.D и в конце участка т.С равна N(z3=l3) = Р1 = 35 кН и N(z3=0) = Р1 + ql3 = 35 + 10 ∙ 0,5 = 35 + 5 = 40 кН.

По полученным данным построим ЭN (рис 1.3, а)

Рентгеноструктурный  анализ и рентгеновская дефектоскопия.

Рентгеновские лучи имеют ту же природу,  что и световые лучи, т. е. представляют собой электромагнитные колебания, но длина  их волн другая: световых лучей от 7,5 х10-5 до 4 х10-5 см, рентгеновских -- от 2 х10-7 до 10-9 см.

 Рентгеновские лучи получаются в рентгеновских трубках  в результате торможения электронов при их столкновении с поверхностью какого-либо  металла. При этом кинетическая энергия электронов превращается в энергию рентгеновских  лучей.

Рентгеноструктурный анализ основан на способности атомов в кристаллической  решётке отражать рентгеновские лучи. Отражённые лучи оставляют на фотопластинке  (рентгенограмме) группу пятен или колец. По характеру расположения этих колец  (пятен) определяют тип кристаллической решётки, а также расстояние между атомами  (положительными ионами) в решётке.

 

Рентгеновское просвечивание  основано на способности рентгеновских лучей проникать в глубь тела. Благодаря  этому можно, не разрезая металлических изделий, увидеть на рентгеновском снимке  различные внутренние дефекты металла: трещины, усадочные раковины, пороки сварки…  .

 Методы регистрации пороков в материале основаны на том, что рентгеновские  лучи, проходя через металл, частично поглощаются. При этом менее плотные части  металлического изделия (участки с пороками) поглощают лучи слабее, чем плотные  (сплошной металл). Это приводит к тому, что на рентгеновском снимке участки с  пороками будут иметь тёмные или светлые пятна на фоне сплошного металла.

  Современные рентгеновские аппараты позволяют просвечивать стальные изделия на  глубину до 60 – 100 мм.

 Для выявления дефектов в металлических изделиях  большой толщины начали применять гамма-лучи. Природа гамма-лучей аналогична рентгеновским,  но длина волны их меньше. Благодаря большой проникающей способности гамма-лучей  ими можно просвечивать стальные детали толщиной до 300 мм. 

Контрольные вопросы.

Что называют структурой металлов?

В чём различие между  макро- и микроструктурой металлов?

Какими способами исследуется макроструктура?

В  чём состоит различие макро- и микрошлифами?

**Почему металлографические  микроскопы работают не на проходящем, а на отражённом свете?

Почему отдельные  кристаллы анизотропны, а свойства металлических изделий одинаковы во всех направлениях?

Какие  свойства присущи телам кристаллического строения в отличие от аморфных тел?

Какова  природа рентгеновских лучей и как они образуются?

Как определяется тип  кристаллической решётки металла?

Какие типы кристаллических решёток вы  знаете?

**Каким из известных вам способов можно обнаружить газовую раковину  в стальной отливке на глубине 200 мм, не разрушая заготовки?

Задание: Из перечисленных ниже твёрдых веществ назовите вещества, имеющие определённую температуру  плавления: свинец, стекло, медь, янтарь, клей, магний, воск, железо, канифоль,  титан. К каким телам вы их отнесёте?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ СТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Ознакомление с тензометрами, позволяющими определить деформацию с точностью 0,001 - 0,002 мм.

Изучение методики замера деформации с помощью рычажного тензометра РТ и индикаторного тензометра ИТ-1, замера перемещений с помощью индикатора часового типа.

Определение модуля упругости Ε для стального образца при растяжении.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

В работе для определения модуля упругости проводится испытание на растяжение стального образца круглого поперечного сечения, деформация продольных волокон которого замеряется индикаторным тензометром ИТ-1 с базой l0=50мм.

Модуль упругости Ε стального образца определяется по формуле:

E = σ / ε = ΔΡ * l0 / (F0 * Δlпрод)

где σ = ΔΡ /F0 - напряжение;

ε = Δlпрод / l0 - относительное удлинение продольного волокна;

ΔΡ - приращение нагрузки на ступени нагружения;

FQ.- начальная площадь поперечного сечения;

Δlпрод - абсолютное удлинение продольного волокна, первоначальной длины l0 ( равной базе тензометра ИТ-1).

Исходные данные образца заполняются в таблицу 1.

Таблица 1.

Диаметр образца

d (мм)

Площадь поперечного сечения

F0 (мм2)

База тензометра

 l0 (мм)

Цена

деления

тензометра

а (мм)

ПОСТАНОВКА ОПЫТА

Перед началом испытаний на образце в рабочей ее части закрепляется тензометр ИТ-1. Устанавливаются: ΔΡi - ступени нагружения и Ртах -наибольшая величина растягивающего усилия. Затем разрывная машина Р-5 настраивается на соответствующий диапазон. Образец фиксируется в захватах машины и снимается начальное показание по шкале тензометра. После этого образец ступенчато (с одинаковыми ступенями ΔΡ) нагружается.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

На каждой ступени снимаются показания «ni» по шкале тензометра. В процессе растяжения образца необходимо следить за пропорциональностью нагрузки ΔΡi и приращениями показаний тензометра Δni.

Результаты испытаний заполняются в таблицу 2.

Таблица 2.

Нагрузка

Pi

Приращение нагрузки

ΔΡi =Pi – Рi-1

Показания тензометра

ni

Приращение делений

Δni = ni - ni-1

Абсолютное удлинение

 Δli = а * Δni

Δl среднее

P0 =

n0 =

P1 =

ΔP1 =

n1 =

Δn1 =

Δl1 =

По результатам экспериментальных замеров находим:

Δlср = , где к - число ступеней нагружения.

Далее по формуле

E =

определяем модуль упругости стального образца.


Содержание и задачи курса сопротивление материалов