Пример готовой контрольной работы по предмету: Материаловедение
Содержание
ТЕОРИЯ. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Механическими называют свойства, которые материал проявляет при действии на него внешних, механических сил со стороны других тел. Действие силы вызывает деформацию твердого тела, и в нем возникают напряжения. Напряжение является удельной величиной и определяется как отношение силы, действующей на тело, к площади его сечения: (2.1)
;
где s – напряжение;
Р – сила;
F – площадь поперечного сечения (рис. 2.1).
Напряжение в системе СИ выражается в Н/м 2 или МН/м 2, т.е. МПа. На практике может быть использована размерность кгс/мм 2, (1 кгс/мм 2 » 9,81 МПа).
В общем случае сила не перпендикулярна площадке, на которую она действует. Тогда ее, как и любой вектор, можно разложить на две составляющие: нормальную (перпендикулярную к площадке), создающую нормальное напряжение (2.2)
и касательную, действующую в плоскости площадки и вызывающую касательное напряжение (2.3)
В механических испытаниях определяют именно эти напряжения. Их же используют при определении усилий, необходимых для обработки металлов давлением и при расчетах деталей на прочность. Это связано с тем, что одни процессы при деформировании и разрушении определяются касательными напряжениями (пластическая деформация, разрушение путем среза), а другие — нормальными (разрушение отрывом).
Рис. 2.1. Схема нормальных сил
Рис. 2.2. Схема составляющих сил
Нормальные напряжения делят на растягивающие и сжимающие. Под действием механических сил твердое тело деформируется. Деформацией в механике называется процесс изменения взаимного расположения каких-либо точек твердого тела. Деформация может быть обратимой (упругой), исчезающей после снятия нагрузки, и необратимой — остающейся после снятия деформирующего усилия. Необратимую деформацию называют пластической или остаточной. При определенных условиях нагружения деформация может закончиться разрушением.
Процесс деформации под действием постепенно возрастающей нагрузки складывается из трех последовательно накладывающихся одна на другую стадий.
Даже незначительное усилие вызывает упругую деформацию, которая в чистом виде наблюдается только при нагрузках до точки А. Упругая деформация характеризуется прямо пропорциональной зависимостью от нагрузки и упругим изменениям межатомных расстояний. При нагрузках выше точки А в отдельных зернах металла, ориентированных наиболее благоприятно относительно направления деформации, начинается пластическая деформация. Дальнейшее увеличение нагрузки вызывает и увеличение упругой, и пластической деформации (участок АВ).
При нагрузках точки В возрастание упругой деформации прекращается. Начинается процесс разрушения, который завершается в точке С.
Механические свойства материалов: прочность, твердость, пластичность, вязкость, упругость определяются при различных условиях нагружения и разных схемах приложения усилий. Широко распространено испытание материалов на растяжение, по результатам которого можно определить в частности показатели прочности и пластичности материала.
Рис. 2.3.Схема процесса деформации
Прочность — это способность материала сопротивляться пластической деформации под действием внешних нагрузок.
Пластичность — это способность материала проявлять, не разрушаясь, остаточную деформацию.
Условия приведения испытаний и порядок определения показателей механических свойств регламентированы стандартом ГОСТ 1497-84.
2.1. Показатели прочности
Сопротивление малым пластическим деформациям характеризуют предел пропорциональности, предел упругости и предел текучести.
2.1.1. Предел пропорциональности
Предел пропорциональности — это напряжение, ниже которого соблюдается прямая пропорциональная зависимость между напряжением и относительной деформацией: (2.4)
, где
Рпц — нагрузка при пределе пропорциональности.
2.1.2. Предел упругости
Предел упругости σ0,05 — это условное напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,05% расчетной длины. Ввиду малости величины остаточной деформации на пределе упругости его иногда принимают равным пределу пропорциональности.
2.1.3. Предел текучести физический
Предел текучести физический — это наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без увеличения растягивающей нагрузки: (2.5)
.
Если на кривой деформации отсутствует четко выраженная площадка текучести (рис. 2.6, а), то определяют предел текучести условный.
2.1.4. Условный предел текучести
Условный предел текучести σ0,2 — это напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% длины участка образца на его рабочей части, удлинение которого принимается в расчет при определении указанной характеристики: (2.6)
.
2.1.5. Сопротивление значительным пластическим деформациям
Сопротивление значительным пластическим деформациям (для пластичных материалов) характеризуется пределом прочности.
Предел прочности (временное сопротивление) sВ — это условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке РМАХ, предшествовавшей разрыву образца: (2.7)
.
2.2. Показатели пластичности
2.2.1. Относительное удлинение после разрыва
Относительное удлинение после разрыва d — это отношение приращения расчетной длины образца (lK – l
0. после разрушения (рис. 2.4) к начальной расчетной длине l
0. выраженное в процентах: (2.8)
Для определения длины расчетной части lK после разрыва части образца плотно прикладывают друг к другу (рис. 2.4) и измеряют расстояние между метками, которые ограничивали начальную расчета длину.
Рис. 2.4. Круглый образец после испытания на растяжение
2.2.2. Относительное сужение
Относительное сужение ψ — это отношение абсолютного уменьшения площади поперечного сечения в шейке образца (F0 – FK) к начальной площади сечения F0, выраженное в процентах: (2.9)
где F0 и FK — площади поперечного сечения образца до и после испытания соответственно.
2.3. Подготовка к испытанию
Для проведения испытаний рекомендуется применять круглые или плоские пропорциональные образцы (рис. 2.5), у которых начальная расчетная длина пропорциональна диаметру d 0 или корню квадратному из площади сечения образца F0. Предпочтительны соотношения l 0 = 5×d 0 для круглых и для плоских образцов.
Рис. 2.5. Образцы для испытаний:
а – круглый образец; б – плоский образец.
L — общая длина; l — рабочая длина; l 0 — начальная расчетная длина;
d 0 — диаметр образца до испытания; а — толщина; b — ширина; R — радиус скругления.
Испытания на растяжение арматурных сталей имеют некоторые особенности. В железобетонных конструкциях сталь используется в состоянии поставки с сохранением поверхности. Механические свойства центральной части и поверхностных слоев могут заметно отличаться. Это отличие может быть вызвано ликвацией "С" и "Р", нагартовкой поверхности, различием структур из-за разных условий охлаждения после прокатки и т.п.
3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1 Необходимые инструменты и материалы
Для проведения работы необходимы:
- испытательная машина (УММ-5),
- штангенциркуль,
- образцы различных металлических материалов.
Рис. 3.3. Вид испытательной машины УММ-5:
1 – место установки образца (кулачки); 2 – вращающийся винт; 3 – рукоятка переключения передач (используется 3 передачи); 4 – шкала динамометра; 5 – место выхода динамограмм.
Рис. 3.4. 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).
Замер геометрии образца будет производиться при помощи штангенциркуля (3.5).
Рис. 3.5. Штангенциркуль
Выдержка из текста
Цель работы — изучение методики проведения испытаний на растяжение и определения механических свойств.
Задачи — провести испытания на растяжение различных материалов и определить показатели прочности и пластичности.
Список использованной литературы
1. Прожерин А.Е., Накорнеева Т.Д., Денисов П.Ю. Механические свойства конструкционных материалов (испытание на растяжение): Методические указания. – Тюмень: Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2002. – 12 с.
2. Беляев Н.М. Лабораторные работы по сопротивлению материалов: Учебное пособие для вузов. – М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1954. – 278 с
