«лабораторная работа»,
прикладная механика в Нижнем Новгороде

Лабораторная работа № 1 СТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ НА РАСТЯЖЕНИЕ Цель работы: определение характеристик прочности и пластичности стали и чугуна при растяжении. Оборудование: машина УММ-10 с максимальным усилием 10 т (98 кН), образцы стандартные, штангенциркуль. Теоретическая часть Механические характеристики материалов, позволяющие оценить прочностные и деформативные свойства материалов, определяют путем механических испытаний, проводимых в лабораторных условиях на специальных испытательных (разрывных) машинах. Наибольшую информацию о механических свойствах материалов можно получить из статических испытаний на растяжение. При испытаниях на растяжение стандартный образец закрепляют в захватах испытательной машины и плавно (статически) нагружают растягивающей силой (см. рис. 5). При такой нагрузке образец удлиняется. Далее нагрузку увеличивают до разрушения (разрыва) образца. Конструкционные материалы по характеру деформирования под нагрузкой вплоть до разрушения делятся на две группы: пластичные - до момента разрушения эти материалы претерпевают значительные остаточные деформации (малоуглеродистая сталь, алюминий, медь и др.), хрупкие - к моменту разрушения получают малые деформации (чугун, бетон, неорганическое стекло и др.). Эта классификация не является строгой, так как деформирование зависит от условий, в которых оно протекает (температура, скорость нагружения и т.д.), и материал при одних условиях деформации может вести себя как пластичный, а при других - как хрупкий. Поэтому точнее говорить не о пластичных и хрупких материалах, а о пластичном или хрупком состоянии материалов в рассматриваемых условиях протекания деформации. В специальном устройстве испытательной машины - диаграммном аппарате графически записывается зависимость между величиной растягивающей силы F и удлинением образца Dl. График зависимости между удлинением образца Dl и нагрузкой F называется диаграммой растяжения. Для типичного представителя пластичных материалов - малоуглеродистой стали, диаграмма растяжения имеет вид, показанный на рис. 6. Рис. 6. Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали Диаграмма имеет пять характерных точек. Точка 1 расположена в конце прямолинейного участка - при нагрузках, меньших Fпц, зависимость между удлинением и силой линейна, так как подчиняется закону Гука. Точка 2 лежит в конце участка, соответствующего упругой деформации. Если при нагрузках, меньших Fyпp, разгрузить образец, он примет первоначальную длину, то есть остаточных деформаций не будет. Точка 3 отмечает начало горизонтального участка (площадки текучести). При достижении нагрузкой величины Fт, образец начинает удлиняться практически без увеличения нагрузки. Это явление называется текучестью. Точка 4 соответствует максимальной нагрузке, воспринимаемой образцом. Участок за площадкой текучести до точки 4 называется участком упрочнения. На этом участке материал снова приобретает способность сопротивляться деформации - после завершения текучести для дальнейшего увеличения деформации требуется и дальнейшее увеличение нагрузки. На последнем участке рост деформации происходит при уменьшении нагрузки: по достижении нагрузкой величины Fmax в каком-то поперечном сечении образца происходит местное сужение, называемое шейкой, развитие которой заканчивается разрывом (разрушением) образца (точка 5) при нагрузке Fк. Диаграмму напряжений при растяжении получают из диаграммы растяжения, переходя от нагрузок к соответствующим напряжениям , где А0 - первоначальная площадь поперечного сечения образца, и от удлинений к относительным линейным деформациям , где l0 - первоначальная длина расчетной части образца. Диаграмма напряжений малоуглеродистой стали, показана на рис. 7. Пунктиром показана истинная диаграмма напряжений, построенная с учетом уменьшения площади поперечного сечения А в процессе испытания. Напряжения, соответствующие точкам 1 - 4, обозначаются соответственно: sпц (предел пропорциональности), sупр (предел упругости), sт (предел текучести), sпч (предел прочности или временное сопротивление). Эти величины называются механическими характеристиками материала. На рис. 8 показана диаграмма растяжения чугуна, представителя хрупких материалов. На этой диаграмме обычно выделяют одну характерную точку, соответствующую наибольшей нагрузке Fmax воспринимаемой образцом, по которой определяется предел прочности sпч материала. Диаграмма напряжений чугуна при растяжении выглядит подобным образом. Разрушение чугунного образца происходит по какому-то поперечному сечению образца без образования шейки. По результатам испытаний образцов определяют основные механические характеристики прочности материалов – предел текучести sт и предел прочности sпч (временное сопротивление sв). Экспериментальная часть Изучение поведения пластичных и хрупких материалов при растяжении проводится на примере малоуглеродистой стали и чугуна, при статическом деформировании, комнатной температуре. При отсутствии концентраторов напряжений малоуглеродистая сталь находится в пластичном сост