Журнал лабораторных работ по дисциплине “Сопротивление материалов” Студент… ________________________________ группы: ________________________________ Энгельс _______ г. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 ИСПЫТАНИЕ НА РАСТЯЖЕНИЕ СТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА Цель работы: установление опытным путем зависимости между нагрузкой и удлинением образца при растяжении до момента его разрыва; определение величины основных механических характеристик материала образца (предела пропорциональности ПЦ, предела текучести физического Т, истинного сопротивления разрыву SК, временного сопротивления материала В, относительного удлинения δ и относительного сужения после разрыва Ψ. Ход лабораторной работы и обработка результатов опыта lo D h1 do Rz80 0.63 Rz20 l h2 Вид испытываемого образеца (рис. 1): D = 12 мм, h1 = 10 мм, h2 = 8 мм, ℓ = ℓ0 + (0,5 ÷ 2)d0. 1. Измеряем размеры образца (линейные – с точностью до 0,1 мм, диаметр d0 с точностью 0,01 мм). Рис. 1 d0 = F C Fâ Расстояние ℓ0 измеряем между двумя рисками, нанесенными на поверхность образца: D B FÒ A ℓ0 = мм. Í Î lï ö R Рис. 2 dk G 2. После испытания записываем величину разрушающей нагрузки FВ с точностью до величины минимального деления шкалы силоизмерителя: ÓÒ Óï ö Ó FÏ Ö мм lk = lo + å l Рис. 3. E l FB = H. 3. По диаграмме растяжения (рис. 2) замеряем размеры УПЦ, УТ, УВ с точностью до 1 мм на диаграмме, полученной при испытании образца УПЦ = УВ = мм; УТ = мм; мм. 2 4. Замеряем размеры образца после испытания (рис. 3): длину ℓK с точностью до 0, 1 мм и минимальный диметр dK c точностью до 0,01 мм. ℓK = мм; dK = мм. 5. Определяем масштаб записи нагрузки F, m2, H/мм: m2 FB УВ 6. Находим значения нагрузок FПЦ и FТ, H: FПЦ m2 УПЦ = FТ m 2 У Т = 7. Вычисляем первоначальную и конечную площади поперечного сечения образца, м2: d 02 А0 10 6 = 4 d 2К АК 10 6 = 4 8. Вычисляем: предел пропорциональности ПЦ, Па ПЦ FПЦ = А0 предел текучести Т, Па Т FТ = А0 временное сопротивление В, Па В FВ = А0 3 истинное сопротивление разрыву SК, Па FВ = АК относительное удлинение образца , % SK К 0 100 = 0 относительное сужение образца после разрыва , % A0 АК 100 = A0 Данные и результаты лабораторной работы сводим в табл. 1. Вычисление ПЦ, Т, В производим с точностью до 1 МПа, вычисление и производим с точностью до 0,5 %. Таблица 1 Протокол механических испытаний Размеры образца Материал образца до испытания после испытания Усилия, кН Напряжения, МПа d0, A0, ℓ0, dK, AK, ℓК, F F F S мм м2 мм мм м2 мм ПЦ Т В ПЦ Т В K Относительные деформации, % 4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 ИСПЫТАНИЕ НА РАЗРЫВ ОДИНОЧНЫХ НИТЕЙ И ШВЕЙНЫХ НИТОК Цель работы: изучение устройства разрывной машины и методов испытания одиночных нитей и швейных ниток на разрыв. Ход лабораторной работы и обработка результатов опыта 1. Измеряем линейкой длину нити ℓ0 = мм. 2. Находим номинальную линейную плотность нити Т, текс (1 текс = г/км). Для этого отрезаем от катушки 1 м нити и взвешиваем его на торсионных весах. Масса нити m = г. Номинальную плотность нити подсчитываем по формуле: T m = 1 10 3 Выбираем усилие предварительного натяжения по данным, приведенным ниже. Номинальная линейная плотность Усилие предварительного нити, текс натяжения, H 10 2 До 3 включительно 1 Свыше 3 до 5 включительно 2 » 5 » 14 » 5 » 14 » 30 » 10 » 30 » 50 » 20 » 80 » 120 » 50 » 120 » 180 » 80 » 180 » 300 » 100 » 300 » 500 » 200 Выбранное усилие предварительного натяжения нити F0 = H 10 2 . 3. Устанавливаем нижний зажим в соответствии с длиной испытуемой нити (500, 250 или 200 мм, что соответствует начальной длине нити ℓ0). 4. Нити, выдержанные в нормальных климатических условиях, надеваем на веретено. Предварительно с каждой упаковки отматываем и удаляем до 10 м нитей, а между испытаниями отматываем 1-3 м. (Нельзя прикасаться руками к рабочему участку нити в процессе заправки.) 5 5. Заправляем нить между раскрытыми губками верхнего и нижнего зажимов, удерживая ее постоянно в натянутом состоянии. 6. После разрыва нити отсчитываем по шкале нагрузок и по шкале удлинения полученные значения разрывной нагрузки FР и абсолютного удлинения ∆ℓ с точностью до величины минимального деления шкалы силоизмерителя. FР = Н; ∆ℓ = мм. 7. Вычисляем относительное разрывное удлинение , % 100 = 0 8. Площадь поперечного сечения нити А = Вычисляем напряжение при разрыве Р, Па Р м 2. Fр = А Заносим все полученные величины в табл. 2. Таблица 2 Протокол механических испытаний Вид нити Номер испытания Fр, Н ∆ℓ, мм ε, % 6 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 ИСПЫТАНИЕ ДЕРЕВА НА СЖАТИЕ Цель работы: опытное определение величин временного сопротивления при сжатии вдоль и поперек волокон. b h Ход лабораторной работы и обработка результатов опыта d Вид испытываемого образца (рис. 4). Для образца, испытываемого на сжатие вдоль волокон и для образца, испытываемого на сжатие поперек волокон, выполнить: 1. Замеряем размеры образцов а, b, h до испытания с точностью до 0,1 мм. a Рис. 4 а1 = мм; b1 = мм; h1 = мм; а2 = мм; b2 = мм; h2 = мм. Вычисляем площади поперечных сечений образцов, м2 А1 = а1 ∙ в1 ∙ 10-6 = А2 = а2 ∙ в2 ∙ 10-6 = 2. Вставляем первый образец между захватами машины и производим испытание образца на сжатие вдоль волокон. Постепенно увеличивая нагрузку, доводим образец до разрушения. Записываем величину разрушающей нагрузки FB1 = Н c точностью до величины минимального деления шкалы силоизмерителя. Вставляем второй образец между захватами машины и производим испытание образца на сжатие поперек волокон. Постепенно увеличивая нагрузку, доводим образец до разрушения. Записываем величину разрушающей нагрузки FB2 = Н. 3. Вычисляем временные сопротивления σВ1 и σВ2, Па B1 FB1 = a1 b1 B2 FB 2 = a2 b2 3. Результаты вычислений заносим в табл. 3. 7 Таблица 3 Протокол механических испытаний. Материал образца Размеры образца а, мм b, мм h, мм A, м2 Разрушающая нагрузка FB, H Временное сопротивление σB, МПа (σ12) Дерево вдоль волокон Дерево поперек волокон 8 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4 ИСПЫТАНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ ОБРАЗЦОВ НА СКАЛЫВАНИЕ ВДОЛЬ ВОЛОКОН Цель работы: определение временного сопротивления древесины при сдвиге вдоль волокон. Ход лабораторной работы и обработка результатов опыта Вид образца и приспособления для проведения испытаний (рис. 5.). 28 a 70 l F Рис. 5 1. Перед испытанием образец измеряем с точностью до 0,1 мм. а= мм; = мм 2.Устанавливаем образец в приспособление так, чтобы длинная часть образца плотно прилегала к вертикальной опорной стенке, и прижимаем винтом между опорной стенкой и подвижной опорой. Приспособление устанавливаем между нижним и верхним захватами универсальной испытательной машины и прикладываем нагрузку. Скорость нагружения – 4 мм/мин. По шкале машины фиксируем разрушающую нагрузку FB = Н. 3. Вычисляем временное сопротивление τВ, Па B FВ = a 9 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5 ИСПЫТАНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ ОБРАЗЦОВ НА ПЕРЕРЕЗАНИЕ ПОПЕРЕК ВОЛОКОН Цель работы: определение временного сопротивления древесины при сдвиге поперек волокон. Ход лабораторной работы и обработка результатов опыта Вид образца и приспособления для проведения испытания (рис. 6 а, б) 1 F 2 a 6 b 3 d 4 5 a б Рис. 6 1. Перед испытанием образец измеряем с точностью до 0,1 мм. а= мм; b= мм; d= мм. 2. Образец 5 закладываем в корпус 3 приспособления между ножом 1 и матрицей 4, закрепляем с помощью прижимных планок 6 и винтов 2. Приспособление закладываем между нижней и верхней опорными плитами, вставленными в захваты универсальной испытательной машины, и прикладываем нагрузку. По шкале машины фиксируем разрушающую нагрузку FB = Н. 3. Вычисляем временное сопротивление τВ, Па B FВ = 2a b 10 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6 ИСПЫТАНИЕ СТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА НА СРЕЗ Цель работы: определение временного сопротивления стали при срезе. Ход лабораторной работы и обработка результатов опыта Вид приспособления для испытания на срез (рис. 7) и образец для испытаний (рис. 8). 1. Измеряем диаметр стальной проволоки íîæ d= мм. î áðàçåö 2. Матрицу приспособления устанавливаем на опорную плиту нижнего захвата универсальной испытательной машины УММ-5. При этом нож должен совпадать с вырезом матрицы. Сближаем захваты ì àò ðèöà машины. Опорная плита верхнего захвата давит на Рис. 7 нож, который входит в вырез матрицы и перерезает образец по двум плоскостям (рис. 7). По шкале машины фиксируем разрушающую нагрузку FB = Н. Ç d ï ëî ñêî ñò è ñðåçà Рис. 8 2. Подсчитывают площадь среза Аср, м2: A СР d 2 d 2 2A 2 = 4 2 где А, м2 – площадь одного поперечного сечения образца. 3. Подсчитываем временное сопротивление τВ, МПа, при срезе FB 10 6 = В A СР 4. Все полученные расчетом данные заносим в табл. 4. 11 Таблица 4 Протокол механических испытаний. Материал образца Размеры образца диаметр d, мм площадь А, м2 Площадь среза Аср, м2 Разрушающая нагрузка FВ, кН Временное сопротивление при срезе В , МПа 12 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7 ИСПЫТАНИЕ СТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА НА КРУЧЕНИЕ ДО РАЗРУШЕНИЯ Цель работы: опытное определение механических характеристик и угла закручивания стального образца при кручении. Ход лабораторной работы и обработка результатов опыта Вид образца для поведения испытаний (рис. 9) и виды стального и чугунного образцов после проведения испытаний (рис. 10 и 11). 1. Измеряем диаметр образца с точностью до 0,01 мм и расчетную длину образца ℓ с точностью до 0,1 мм. d l L Рис. 9 d= мм; = мм Î Ó ÓÏ ÓÒ 2. Вдоль боковой поверхности образца мелом прочеркиваем прямую линию и вставляем образец в захваты испытательной машины. Рис. 10 Проводим испытание и получаем диаграмму кручения (рис. 12). 3. На диаграмме кручения стали, отмечаем наклонный прямолинейный участок ОА, соответствующий напряжениям, не преРис. 11 вышающим предела пропорциональности, и криволинейный участок АВС, на котором закон Гука не выполняется. Наивысшая точка диаграммы соотÌ êð ветствует наибольшему крутящему моменту, величину которого отмечаем на контрольной стрелке силоизмерительного устройства после разрушения образца. Ñ Ì êð После разрушения образца записываÌ êðÒ ем разрушающую нагрузку МВ и отмечаем угол  закручивания φ. Ì êðÏ À МВ = j jП jВ Рис. 12. Н/м; φ= рад. На полученной диаграмме измеряем ординаты ее точек УВ, УТ, УПЦ, мм, соответствующие временному сопротивлению В, пределу текучести Т, пределу пропорциональности ПЦ. УПЦ = мм; УТ = мм; УВ = мм. 13 4. Вычисляем масштаб диаграммы m, Нм/мм МD = УВ m 5. Находим величины крутящих моментов МТ, МПЦ, кНм: МТ m УТ = М ПЦ m У ПЦ = 6. Полярный момент сопротивления поперечного сечения образца WР, м3 d 3 ∙ 10-9 = WP 16 7. Временное сопротивление кручению τВ, МПа В MВ = WР 8. Предел текучести τТ, МПа Т MТ = WР 9. Предел пропорциональности τТ, МПа ПЦ M ПЦ WР = 10. Удельный угол закручивания Θ, радиан на 1 пог. м = 11. Полученные результаты вносим в табл. 5. 14 Таблица 5 Протокол механических испытаний. Размеры образца Материал образца d, мм , мм WP, см2 Крутящие моменты, кНм МПЦ МТ МВ Напряжения, МПа ПЦ Т В Угол закручивания (остаточный) полный удельный В, В, радиан радиан на 1 пог. м. 15 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ СТАЛИ G ПРИ СДВИГЕ Цель работы: проверка закона Гука при кручении и определение модуля упругости G стали при сдвиге. Ход лабораторной работы и обработка результатов опыта Испытания проводим на опытной установке, изображенной на рис. 13. l d 1 3 r 8 6 2 4 7 9 5 F Рис. 13 È r 1. Измеряем: диаметр вала d = см., длину вала ℓ = см, длину плеча толкателя ρ = см, длину плеча грузового рычага r = см. 2. Закрепляем индикатор 8 в держателе 9 с помощью отвертки. На грузовой поддон 4 установки помещаем последовательно грузы весом 2 Н, записывая поРис. 14 казания индикатора. При нагружении поддона грузовой рычаг создает на валу крутящий момент, а сечение вала, где закреплен толкатель, поворачивается на угол φ. Стрелка индикатора показывает величину горизонтального перемещения пятки толкателя. Результаты испытаний заносим в табл. 6. F 16 Таблица 6 Протокол механических испытаний № п/п Вес груза, Н Крутящий момент МК , нм Разность смежных значений ∆МК, Нм Количество делений по индикатору И Разность смежных отсчетов по индикатору ∆И 1 2 3 4 5 6 7 МКCP Среднеарифметическое значение МКi = 6 Среднеарифметическое значение И i = И CP 6 3. Далее подсчитываем: угол закручивания вала φ, рад (рис. 14) 0.01 И CP = 10 полярный момент инерции поперечного сечения вала JP, м4 J P 0.1 d 4 10 8 = модуль сдвига G, Па: М КСР 10 2 10 2 G = JP 17