Лабораторная работа № 3

по дисциплине

«ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА»

для специальностей:

150203 «Сварочное производство»

190604 «Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта»

190701 «Организация перевозок и управление на транспорте»

270103 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Определение предельной нагрузки, абсолютной и относительной продольной и поперечной деформаций, временного сопротивления стального образца при растяжении.

ОБОРУДОВАНИЕ

1. Разрывная машина УММ-5

2. Стальной образец для испытания

3. Штангенциркуль, линейка

4. Калькулятор

ПОЯСНЕНИЯ К РАБОТЕ

При проектировании машин, механизмов, узлов и отдельных деталей конструктору необходимо знать данные о механических свойствах материала, то есть его прочность, твердость, упругость, пластичность и т.д. Их можно получить путем механических испытаний, проводимых в лаборатории на соответствующих машинах. Таких испытаний проводится много и самых различных.

По характеру нагружения различают испытания статические (спокойная медленная нагрузка), динамические (ударная нагрузка) и испытания на выносливость (при напряжениях, периодически меняющихся во времени).

По виду деформации различают испытания на растяжение, сжатие, срез, кручение, изгиб.

Среди всех видов испытаний наибольшую информацию о механических свойствах материалов можно получить из статических испытаний на растяжение. Испытания проводят на разрывных универсальных машинах в соответствии с ГОСТ 1497 – 84. Для испытаний применяют образцы специальной формы – цилиндрические (рис. 1, а) или плоские (рис.1, б). Образцы имеют рабочую часть длиной ℓ₀, на которой определяется удлинение, и переходные конусные участки с головками для удержания в захватах. Отношение расчетной длины ℓ₀ к диаметру d составляет: ℓ₀/d = 10 или ℓ₀/d = 5.

Рис. 1. Образцы для испытаний

Полученную при испытаниях на растяжение информацию можно получить из диаграммы растяжения. Она представляет график зависимости между растягивающей силой F и удлинением образца ∆ℓ. На рис. 2 показана диаграмма растяжения образца из низкоуглеродистой стали, записанная с помощью специального устройства на испытательной машине. В качестве образцов выбираются стали марок Ст3 и Ст3Гпс, имеющие наибольшее применение в конструкциях.

Рис. 2. Диаграмма растяжения образца из низкоуглеродистой стали

Для получения механических характеристик материала эту диаграмму перестраивают – все силы делят на начальную площадь поперечного сечения А₀, а все удлинения на начальную расчетную длину ℓ₀. В результате получают условную диаграмму растяжения (рис. 3) в координатах: относительное удлинение

e = (горизонтальная ось) и нормальное напряжение s = (вертикальная ось). Условной эта диаграмма называется потому, что напряжения и деформации отнесены к начальным площади и длине образца, которые изменяются при испытании.

Диаграмму в координатах F, ∆ℓ называют характеристикой образца, а в координатах s, e – условной характеристикой материала.

К

α

Рис. 3. Условная (сплошная линия) и истинная (пунктир)

диаграммы растяжения низкоуглеродистой стали

На диаграммах растяжения (рис. 2 и 3) можно отметить несколько характерных участков. На участке ОА абсолютные деформации ∆ℓ пропорциональны нагрузке F, а относительные деформации e пропорциональны напряжению s. Для этого участка справедлив закон Гука. Наибольшее напряжение s_ПЦ, до которого выполняется закон Гука, называется пределом пропорциональности. Для стали Ст3 предел пропорциональности приблизительно равен s_ПЦ = 195…200 МПа.

При достижении нагрузкой значения F_У (точка В на рис. 2) в образце начинают возникать остаточные деформации. Наибольшее напряжение, до которого в материале не возникают остаточные деформации, называют пределом упругости s_У. Значения пределов пропорциональности и упругости близки, и на практике их обычно считают равными. Определить значение предела упругости непосредственно по диаграмме затруднительно, поэтому за предел упругости принимают напряжение, при котором в образце появляются остаточные деформации, равные 0,05%. В обозначении предела упругости s_У вводят индекс, указывающий значение деформации: s_0,05.Таким образом, пределом упругости s_У называется максимальное напряжение, при котором в материале величина остаточной (пластической) деформации не превышает 0,05%. Для стали Ст3 s_У = 205…210 МПа.

При дальнейшем увеличении нагрузки криволинейная часть диаграммы переходит почти в прямолинейный участок (вблизи точки С), называемый площадкой текучести. Здесь деформации растут практически без увеличения нагрузки. Нагрузка F_Т, соответствующая точке С, используется для определения физического предела текучести:

.