Лабораторная работа «Испытание материалов на растяжение» по курсу «Сопротивление материалов 1» Часть 3.1. Напряжения и удлинения при растяжении-сжатии. Механические испытания материалов при растяжении и сжатии. Допускаемое напряжение Цель работы: ознакомиться с методикой проведения испытаний на растяжение и определения механических характеристик материалов. Задачи работы:

1. Провести испытания на растяжение различных материалов.
2. Определить механические характеристики материалов: предел текучести σ_т, предел прочности σ_в, относительное остаточное удлинение после разрыва δ, относительное остаточное сужение после разрыва ψ.
3. Дать оценку качества испытанных материалов.

Порядок запуска ВЛР:

1. Получите доступ к виртуальному рабочему столу. Инструкция по доступу прилагается к заданию в курсе.
2. Откройте на виртуальном рабочем столе папку «Лабораторные работы», выберите папку «Professional group», в ней запустите двойным щелчком программу Выполнить.
3. Одинарным щелчком выберите группу «Сопротивление материалов».
4. Из развернувшегося перечня выберите одинарным щелчком лабораторную работу «Испытание материалов на растяжение».
5. По одинарному щелчку Вам доступны Методические материалы и Виртуальная лаборатория. Выход из Методических материалов — (стрелка «влево» на зеленом фоне в левом нижнем углу экрана). Выход из Виртуальной лаборатории – клавиша F10.

 

1. Материалы и оборудование

1.1. Активные клавиши

Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши (рис. 1): W, S, A, D – для перемещения в пространстве; F2, Е – аналоги средней клавиши мыши-манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем — ставится); Ctrl – присесть; F10 – выход из программы. Рис. 1. Активные клавиши клавиатуры и мыши-манипулятора   Левая клавиша мыши (1) — при нажатии и удерживании обрабатывается (поворачивается, переключается) тот или иной объект. Средняя клавиша (2) — при первом нажатии (прокрутка не используется) берется объект, при последующем — ставится (прикрепляется). Правая клавиша (3) — появляется курсор-указатель (при повторном — исчезает). Примечание: при появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и в стороны. На рис. 2 представлен общий вид лабораторного стенда.   Рис. 2. Общий вид лабораторного стенда

1.2. Необходимые инструменты и материалы:

• испытательная машина УММ-5 (рис.3, 4);
• штангенциркуль;
• образцы различных металлических материалов

 

1 – место установки образца (кулачки) 2 – вращающийся винт 3 – рукоятка переключения передач (используется 3 передачи) 4 – шкала динамометра 5 – место выхода динамограмм

Рис.3. Испытательная машина УММ-5 Рис.4. Схема испытательной машины УММ-5 Машина УММ-5 имеет электромеханический привод (1) подвижного захвата (2), скорость перемещения которого может быть установлена с помощью рычага коробки скоростей. С неподвижным захватом (3) связан рычажно-маятниковый силоизмеритель (4). Возрастание усилия в верхнем неподвижном захвате (3) вызывает соответствующее отклонение маятника (5), происходит уравновешивание. Величина усилия показывается стрелкой на круговой шкале (6) – рис.5. Машина имеет диаграммный аппарат (7), позволяющий записывать при испытании кривую деформации в координатах «сила-деформация». Рис. 5. Круговая шкала и диаграммный аппарат

2. Порядок выполнения работы

2.1. Проведение испытаний

2.1.1. Возьмите образец со стола Рис.6. Стол с образцами   2.1.2. Установите образец между кулачками. Рис.7. Зажатый между кулачками образец   2.1.3. Включите УММ-5 (кнопка внизу «красная» — включить, «белая» — выключить) Рис.8. Кнопки включения электромеханического привода и рычаг коробки скоростей 2.1.4. Установите передачу. 2.1.5. Нажмите кнопку «ВНИЗ». Образец начнет растягиваться. Рис.9. Кнопки управления При растягивании образца шкала показывает данные. Управление пассивной стрелкой происходит от рукоятки посередине шкалы (вращая рукоятку, можно вращать стрелку). Рис.10. Шкала динамографа 1 – рукоятка управления пассивной стрелкой; 2 – активная стрелка (связана с замером); 3 – пассивная стрелка.   Во время работы из диаграммного аппарата «выезжает» лист с диаграммой. Рис.11. Диаграмма разрыва образца Ст3 2.1.6. Постепенно образец в середине становится тоньше и длиннее за счет растяжения. В конце испытания образец рвется. 2.1.7. Затем необходимо выключить УММ-5 (кнопка «СТОП»), либо машина выключится сама. 2.1.8. Вытащите образец и положите его на стол для замера (две половинки образца ложатся друг к другу, образуя «целый» образец). Замер будет производиться при помощи штангенциркуля. Рис.12. Штангенциркуль 2.1.9. Возьмите со стола штангенциркуль и укажите на образец. Одной губкой штангенциркуль встанет к месту замера на образце, а вторую можно двигать, тем самым производя замер в месте обрыва. 2.1.10. Снимите диаграмму с УММ-5 и положите ее на стол. После того, как динамограмма оказалась на столе, имеется возможность растянуть ее на весь экран (щелчок на динамограмму растягивает ее на весь экран, повторный щелчок убирает ее обратно на стол). 2.1.11. Сломанный образец нужно выкинуть в урну. 2.1.12. Далее нижний кулачок поднимите (кнопка «ВВЕРХ») до положения, чтобы поместить новый образец. 2.1.13. Пассивную стрелку (3) динамографа установите в нулевое положение. Можно проводить дальнейшие испытания.

3. Методические рекомендации:

3.1. Изучите указанные разделы файла Методические материалы виртуальной лабораторной работы: — Введение — Теория. Общие положения — Порядок выполнения работы 3.2. Выберите номера образцов по первым буквам Вашей фамилии и имени в таблице 1. Таблица 1

Первая буква фамилии студента	Номер первого образца	Первая буква имени студента	Номер второго образца
А–В	1	А	2
Г–Й	4	Б–Г	3
К–М	6	Д–Й	5
Н–С	9	К–О	7
Т–Я	10	П–Я	8

  3.3. Проведите испытания образцов, указанных в таблице 1, в соответствии с разделом «Порядок выполнения работы». При этом следует определить и занести в таблицу 3 Бланка выполнения практической работы следующие данные: 3.3.1. Определите материал образца и размеры его расчётной части до испытания: длину l₀ и диаметр d₀ (указаны на табличке с номером образца). 3.3.2. Определите с помощью штангенциркуля диаметр образца в месте разрыва d_к. 3.3.3. По показанию пассивной стрелки силоизмерителя после разрыва образца определите нагрузку P_max и переведите её в ньютоны (полагая 1 кгс ≈ 9,8 Н). Величину P_max можно определить также по диаграмме растяжения. 3.3.4. По диаграмме растяжения определите нагрузку, соответствующую площадке текучести P_т (рисунок 1, а). Если площадка текучести отсутствует, следует определить нагрузку P_0,2, соответствующую условному пределу текучести (рисунок 1, б). Для этого нужно отложить на диаграмме по оси удлинения отрезок OC, равный  и провести линию CB параллельно начальному линейному участку диаграммы OA. Точка B пересечения этой линии с диаграммой определяет величину P_0,2. 3.3.5. Выразите нагрузку P_т или P_0,2 в ньютонах. Рисунок 1 3.4. По диаграмме растяжения определите абсолютное остаточное удлинение образца после разрыва  (рисунок 2). Для этого из точки разрыва D следует провести наклонную прямую DE, параллельную начальному участку диаграммы OA. Эта прямая отсечёт на оси абсцисс отрезок OE, соответствующий величине остаточной деформации . Рисунок 2 3.5. Выполните обработку данных испытания и занесите результаты в таблицу 3 Бланка выполнения практической работы. 3.6. Вычислите площадь поперечного сечения образца до испытания F₀ и после разрыва в шейке F_к (как площадь круга диаметром d₀ и d_к, соответственно). 3.7. Вычислите характеристики прочности и пластичности: – предел текучести физический  или условный ; – предел прочности ; – относительное удлинение после разрыва ; – относительное сужение после разрыва . При вычислении характеристик прочности удобно пользоваться соотношением МПа=Н/мм². 3.8. Сравнив полученные механические характеристики с требованиями стандартов (таблица 2), сделайте вывод о качестве материала испытанных образцов. Таблица 2

Марка стали	ГОСТ	Механические характеристики
		, МПа	, МПа	δ, %	ψ, %
		не менее		не менее
Ст3сп	535-89	255	380-490	26	–
Ст5сп	535-89	295	490-630	20	–
40	1050-88	335	≥ 570	19	45
65	14959-79	785	≥ 980	10	35
30Х	4543-71	685	≥ 880	12	45
40Х	4543-71	785	≥ 980	10	45
20ХГР	4543-71	785	≥ 980	9	50
25ХГМ	4543-71	1080	≥ 1180	10	45
12ХН3А	4543-71	685	≥ 930	11	55
30ХГС	4543-71	835	≥ 1080	10	45

4. Оформите отчет на Бланке выполнения практической работы и прикрепите его в курс для проверки