В методических указаниях к выполнению лабораторной работы № 2 «Испытание на сжатие образцов из различных материалов» указывается цель работы, приводятся характеристики испытуемых образцов и дается методика проведения испытаний. Для лучшего усвоения материала по теме «Растяжение-сжатие» приводятся основные теоретические положения, позволяющие квалифицированно провести испытания и проанализировать полученные результаты.
2. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучить свойства и характер поведения пластичных и хрупких, изотропных и анизотропных материалов при испытаниях на сжатие.
3. ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ И ИНСТРУМЕНТЫ
Испытательная машина – УММ-5. Штангенциркуль.
4. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБРАЗЦОВ
Исходя из поставленной цели нужно испытать на сжатие образцы из следующих материалов:
1) малоуглеродистая сталь, медь, алюминий и др. – пластичные изотропные материалы;
- чугун, кирпич, бетон и др. -хрупкие изотропные материалы;
- древесина – анизотропный материал.
Образцы из анизотропного материала следует испытывать в двух или трех направлениях ( в зависимости от характера анизотропии ).
Образцы для испытания на сжатие изготавливаются:
- а) в виде круглых цилиндриков ( рис. 1а) – из металлов и их сплавов;
— б) в виде кубиков ( рис. 16 ) – из древесины, кирпича, бетона и других аналогичных материалов.
5. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Пластичные материалы на растяжение и на сжатие работают примерно одинаково и основным видом испытания для них является испытание на растяжение, а испытание на сжатие носит вспомогательный характер.
Хрупкие материалы (чугун, кирпич, раствор, бетон и др.) на сжатче работают значительно лучше, чем на растяжение (к примеру у бетона предел прочности на сжатие раз в 10 больше предела прочности на растяжение).
Отчет 109 с., 1 ч., 22 рис., 27 табл., 16 источников, 4 прил. ...
... композиционных материалов для ремонта и усиления железобетонных строительных конструкций рекомендуют принимать прочностные и деформативные характеристики холстов, ламелей, волокон и клеящих составов на основе действующих стандартов на испытание материалов [5 ...
В силу чего хрупкие материалы применяются в основном в сжатых элементах конструкций, поэтому основным видом испытаний хрупких материалов является испытание на сжатие.
Результаты испытаний на сжатие зависят от условий проведения эксперимента. Практически очень трудно добиться приложения сжимающей силы точно по оси образца. Поэтому образец будет не только сжиматься, но и изгибаться. Чем длиннее образец, тем больше влияние изгиба (попробуйте сжать длинный и тонкий прутик).
Для уменьшения влияния изгиба рекомендуется применять образцы, длина которых не более чем в два раза превышает их поперечные размеры. Применение слишком коротких образцов тоже нежелательно. При сжатии образца продольные размеры уменьшаются, а поперечные увеличиваются (по закону Пуассона).
Вследствие трения между торцами образца и опорными плитами машины увеличение поперечных размеров на середине и по краям образца неодинаковы ( по краям меньше ) и образец принимает бочкообразную форму, что у образцов из пластичных материалов видно невооруженным глазом. Появление сил трения изменяет вид напряженного состояния и увеличивает сопротивление образца. Чем короче образец, тем сильнее влияние сил трения. Поэтому рекомендуется применять образцы, длина которых не меньше поперечных размеров. Уменьшить трение можно обработкой торцов парафином или графитовой смазкой. При центральном сжатии образца в его поперечных сечениях возникают нормальные напряжения, которые определяются также, как и при растяжении: а = Р / ро, где: ро – первоначальная площадь поперечного сечения образца.
При испытаниях на сжатие получают диаграмму сжатия в координатах Р – ДС и определяют ‘обычно две механические характеристики материала:
- Ι) предел пропорциональности (апц= Рпц / F0) – для пластичных материалов; 2) предел прочности (σΒ= Рв / FO) – для хрупких материалов,
5.1. Испытание образцов из пластичных материалов ( малоуглеродистая сталь )
Типичная диаграмма сжатия образцов из малоуглеродистой стали показана на рис.2.
На диаграмме имеется прямолинейный участок ОА, который заканчивается нагрузкой, соответствующей пределу пропорциональности Рпц (точка А).
После этого на диаграмме отмечается небольшой участок, где наблюдается замедление роста нагрузки (при постоянном росте деформаций).
Однако площадка текучести, как при растяжении, не наблюдается прежде всего из-за значительного уменьшения длины испытуемого образца ( при растяжении -ΙΟ-d, а при сжатии – 2-d ).
За этим участком диаграмма идет по кривой круто вверх. Связано это с увеличением площади поперечного сечения образца и ростом его способности выдерживать все большую нагрузку при небольшом увеличении нормальных напряжений.
Так как разрушить образец из пластичного материала невозможно, испытание прекращают при достижении нагрузки, близкой предельной для машины. Таким образом, величина предела прочности при сжатии образцов из пластичного материала не может быть определена.
Энергоэффективные материалы ограждающих конструкций
... В энергосбережении большое значение отводится повышению теплозащиты ограждающих конструкций зданий. В процессе строительства, эксплуатации и ... технологические [1]. К химическим относят способность материалов сопротивляться действию химически агрессивной среды, вызывающие в ... [1]. Механические свойства: пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе, сдвиге; упругость, пластичность, жёсткость, ...
5.2. Испытание образцов из хрупких материалов ( чугун )
Типичная диаграмма сжатия чугунных образцов показана на рис.3.
Рис.3. Типичная диаграмма сжатия чугунного образца
От начала координат диаграмма не имеет отчетливо выраженного прямолинейного участка. С ростом нагрузки кривизна диаграммы сначала постепенно, а затем более интенсивно увеличивается и при достижении нагрузки Рв начинается разрушение образца с последующим падением нагрузки.
Чугунный образец, укорачиваясь под действиям сжимающих сил, принимает слегка бочкообразную форму, что свидетельствует о наличии небольших пластических деформаций. Разрушение образца происходит по плоскости, наклоненной примерно под углом 45 градусов к оси стержня. Объясняется это тем, что на этих площадках действуют максимальные касательные напряжения, являющиеся причиной разрушения образцов из хрупких материалов при испытании их на сжатие.
5.3. Испытание образцов из древесины
Древесина является анизотропным материалом. В древесине выделяют три направления анизотропии: продольное (вдоль волокон), радиальное (по радиусу ствола) и тангенциальное (по касательной к годовым слоям).
В двух последних направлениях (в отличие от первого) упругие и механические характеристики древесины незначительно различаются между собой. Поэтому на практике эти два направления нивелируют и обобщающее направление называют поперечным (поперек волокон).
Форма образцов и направление их нагружения сжимающей нагрузкой показаны на рис.4.
, Типичные диаграммы сжатия образцов из древесины показаны на рис.5, (вдоль волокон – кривая а, поперек волокон – кривая б).
Рис.5. Типичные диаграммы сжатия образцов из древесины: а – вдоль волокон, б – поперек волокон
При сжатии древесины вдоль волокон на диаграмме (рис.5, кривая а) с начала имеется слегка искривленный участок с боль шим углом наклона к оси ΔΙ, что соответствует сравнительно большему значению модуля упругости.
После достижения нагрузкой наибольшего значения (Рв) начинается разрушение образца с последующим падением нагрузки. Обычно разрушение образца происходит с образованием поперечных складок и обмятием торцов. Нередко вместе с этим наблюдается и образование продольных трещин. По данным опыта определяется максимальная нагрузка (Рв), соответствующая пределу прочности. Нагрузку, соответствующую пределу пропорциональности установить на диаграмме обычно не удается.
Свойства древесины
... влияние на свойства древесины. При испытаниях с целью определения показателей физико-механических свойств древесины её кондиционируют, ... где m - начальная масса образца древесины, г, а m0 - масса образца абсолютно сухой древесины, г. Измерение влажности осуществляется прямыми или ... Он применяется в производстве пластмасс, синтетических волокон (нейлона), смол, изготовления медицинских препаратов ( ...
При сжатии поперек волокон диаграмма имеет другой характер (рис.5, кривая б).
Сначала диаграмма идет по наклонной прямой до нагрузки Рпц, соответствующей пределу пропорциональности. При этом угол наклона этой прямой значительно меньше, чем при сжатии вдоль волокон, что соответствует значительно меньшей величине модуля упругости. После предела пропорциональности перо самописца прочерчивает слабо изогнутую кривую (иногда волнистую) почти параллельную оси Δ£. Кубик быстро деформируется почти без увеличения нагрузки, однако разрушение кубика обычно не наблюдается: он лишь спрессовывается. Испытание заканчивают, когда величина деформации Δ£ достигает 1/3 первоначальной высоты образца. Нагрузка в этот момент условно считается разрушающей, хотя при дальнейшем нагружении за счет – спрессовывания древесины нагрузка будет расти несколько быстрее и станет выше условного значения Рв.
6. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ
1. Перед испытанием студентам необходимо ознакомиться с устройством машины УММ-5 ( первое занятие и лабораторная работа N 1) и правилами поведения в лаборатории при проведении испытаний (вводный инструктаж).
2. Измеряют штангенциркулем характерные линейные размеры испытуемых образцов.
- Следят за установкой одного образца, включением машины,
процессом испытания, вычерчиваемой диаграммой и коммен
тариями преподавателя.
- По прекращению испытания образца записывают величину
усилия, получают от лаборанта или преподавателя образец по
сле испытания.
- Проводят испытание следующего образца ( пункты 3 и 4 ) и
т.д..
- По окончанию испытания последнего образца получают от ла
боранта оригиналы диаграмм испытаний каждого из образцов,
снимают копии в свой отчет и по указанию преподавателя при
ступают к обработке результатов испытаний.
7. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ
Определяют первоначальные площади поперечных сечений образцов по формулам: FO = π
- d / 4 – для цилиндрических образцов JH Fg = а ι ·_ а 2 – для кубиков.
При испытании были зафиксированы по сйлЬйзмерйтелк^^разру-шающие нагрузки Рв или нагрузки, при которых испытания были остановлены (образцы из пластичных материалов и из древесины при сжатии поперек волокон).
По одной из этих нагрузок определяют масштаб сил, а через него определяют для образца из пластичного материала и для образца из древесины при сжатии поперек волокон нагрузку соответствующую пределу пропорциональности Рпц. Затем для образцов из пластичных материалов и древесины при сжатии поперек волокон определяют предел пропорциональности (σΠΙΙ= Рпц / FQ), а для образцов из хрупких материалов и древесины при сжатии вдоль волокон – предел прочности (σΒ= Рв / FO).
На основании полученных результатов испытаний нужно дать сравнительную оценку поведения при сжатии образцов из различных материалов (хрупких и пластичных, древесины вдоль и поперек волокон), а также сравнить прочность различных материалов (древесины вдоль и поперек волокон) при работе их на сжатие. Следует обратить внимание на невозможность определения предела прочности при сжатии образцов из мягкой стали и древесины при сжатии поперек волокон.
Механические свойства древесины
... древесины на растяжение поперек волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины. Предел прочности при сжатии. Различают сжатие вдоль и поперек волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. ...
