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

Построение эпюры напряжений.

Нормальное напряжение σ(z) распределяются равномерно по сечению

  

Где N(z) – продольная сила, А(z) – площадь поперечного сечения. 

 Для определения опасного сечения стержня, в котором возникает максималь-ное напряжение, определим напряжение в долях 1/A0. На участке АВ ( 0 ≤ z1 ≤ l1 = 0,2 м ) нормальные напряжения

   

Участок ВС ( 0 ≤ z2 ≤ l2 = 0,6 м ). 

 Участок CD ( 0 ≤ z3 ≤ l3 = 0,5 м ).

 

По полученным данным построим Эσ А0 (рис 1.3, б)

 

Расчет на прочность. Подбор сечения.

По эпюре напряжений видно, что опасным является сечение С, [σmax]=.

Условие прочности при растяжении – сжатии имеет вид

где [σ] – допустимое напряжение, которое определено выше для материала Д16 и равно [σ] = 418МПа.

Тогда условие прочности примет вид

, откуда А0:

А0.

При этом А1=2А0=2∙120=240мм2; А2=А0=120мм2; А3=0,8А0=0,8∙120=96мм2.

Определим напряжения, действующие в сечениях при выбранном значении А0.

Участок АВ:

 

 Участок ВС:

 Участок CD:

По полученным данным строим эпюру действующих в стержне нормальных напряжений (рис 1.3, в).

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция 2

Формирование структуры литых материалов.

План:

Сущность процессов  кристаллизации металлов и сплавов.

Особенности строения слитков.

Понятие  о ликвации.

Аллотропические превращения железа при нагреве и охлаждении.  Гистерезис.

Магнитные превращения

Получение монокристаллов.

Свойства  аморфных металлов.

Сущность процессов кристаллизации металлов и сплавов.

Любое вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном. Возможен переход из одного состояния в другое, если новое состояние в новых условиях является более устойчивым, обладает меньшим запасом энергии.

С изменением внешних условий свободная энергия изменяется по сложному закону различно для жидкого и кристаллического состояний. Характер изменения свободной энергии жидкого и твердого состояний с изменением температуры показан на рис. 3.1.

3_files/image001.gif

Рис.3.1. Изменение свободной энергии в зависимости от температуры

В соответствии с этой схемой выше температуры ТS вещество должно находиться в жидком состоянии, а ниже ТS – в твердом.

При температуре равной ТS жидкая и твердая фаза обладают одинаковой энергией, металл в обоих состояниях находится в равновесии, поэтому две фазы могут существовать одновременно бесконечно долго. Температура ТS – равновесная или теоретическая температура кристаллизации.

Для начала процесса кристаллизации необходимо, чтобы процесс был термодинамически выгоден системе и сопровождался уменьшением свободной энергии системы. Это возможно при охлаждении жидкости ниже температуры ТS. Температура, при которой практически начинается кристаллизация называется фактической температурой кристаллизации.

Охлаждение жидкости ниже равновесной температуры кристаллизации называется переохлаждением, которое характеризуется степенью переохлаждения (3_files/image002.gif):

3_files/image003.gif

Степень переохлаждения зависит от природы металла, от степени его загрязненности (чем чище металл, тем больше степень переохлаждения), от скорости охлаждения (чем выше скорость охлаждения, тем больше степень переохлаждени).

Рассмотрим переход металла из жидкого состояния в твердое.

При нагреве всех кристаллических тел наблюдается четкая граница перехода из твердого состояния в жидкое. Такая же граница существует при переходе из жидкого состояния в твердое.

Кристаллизация – это процесс образования участков кристаллической решетки в жидкой фазе и рост кристаллов из образовавшихся центров.

Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с минимумом свободной энергии.

Процесс перехода металла из жидкого состояния в кристаллическое можно изобразить кривыми в координатах время – температура. Кривая охлаждения чистого металла представлена на рис. 3.2.

3_files/image004.gif

Рис.3.2. Кривая охлаждения чистого металла

3_files/image005.gif– теоретическая температура кристаллизации;

3_files/image006.gif. – фактическая температура кристаллизации.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТА ПУАССОНА ДЛЯ АЛЮМИНИЯ.

ЦЕЛЬРАБОТЫ:

Определение модуля упругости материала и коэффициента Пуассона с помощью тензодатчиков.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Работа выполняется на разрывной машине Р-5. Для определения упругих характеристик материала применяется плоский образец.

Деформации образца в продольном и поперечном направлениях замеряются с использованием тензодатчиков омического сопротивления. С методикой определения деформаций необходимо предварительно ознакомиться, используя пособие [1].

Коэффициентом Пуассона ν называется отношение величин относительной поперечной деформации к величине относительной продольной деформации, взятых по модулю.

ν = | εпопер | / | εпрод |

Модуль упругости определяется по формуле:

Ε = σ / εпрод = ΔΡ /(F0 * εпрод) ,

где ΔΡ - приращение нагрузки на ступени напряжения;

F0 - начальная площадь поперечного сечения.

Продольная и поперечная относительные деформации (εпрод  и εпопер ) определяются по формуле :

ε=2 * ( Ai - Ai-1 )* 10 -5 / k,

здесь k - коэффициент тензочувствительности тензодатчика;

Ai и Ai-1 - показания прибора ИДЦ-1 ( соответствующие начальному и конечному значениям осевой силы на данной ступени нагружения ).

Перед началом испытаний замеряются размеры образца, устанавливается начальная нагрузка Р0 для обжатия образца в захватах и определяется ступень нагружения ΔΡ. В таблицу 1. заносятся исходные данные. Схема размещения тензодатчиков показана на рис.1. Чтобы исключить влияние эксцентриситета приложения нагрузки, для замера продольной и поперечной деформации применяются парные тензодатчики, наклеиваемые с обеих сторон образца (1-1' , 2-2' и т. д.).

Таблица 1.

Размеры

поперечного

сечения

F0 - площадь поперечного сечения

Коэффициент тензочувствительности

а = b =

F0 = a * b =

k =

Рисунок 1.

ПОСТАНОВКА ОПЫТА

После установки образца в захватах разрывной машины создается начальное растягивающее усилие Ρ для обжатия образца в захватах, после чего снимаются начальные показания тензодатчиков. Затем производится нагружение образца одинаковыми ступенями. На каждой ступени нагружения записываются показания всех шести тензодатчиков. При этом осуществляется проверка пропорциональности нагрузки и деформациий, чтобы выполнялось условие:

σ   =(Pmax / F0 ) < σпц ,

где σпц - предел пропорциональности материала.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

Результаты испытаний фиксируются в таблице 2. Продольная деформация определяется по показаниям 1-ой и 3-ей пары датчиков. Вторая пара датчиков служит для определения поперечной деформации. Для определения Ε необходимо использовать усредненную разность показаний (Ai-Ai-1)

Таблица 2.

№ тензодатчика

Р0

Р1

Ρ2

Ρ3

ΔΡ

А0

А1

А1- А0

А2

Α2-Α1

А3

Α3 -Α2

(Αi –Αi-1)ср

1-1'

2-2'

3-3'


Содержание и задачи курса сопротивление материалов