Журнал лабораторных работ по дисциплине

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
ÓÂ
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
ÓÂ
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 êðÂ
После разрушения образца записываÌ êðÒ
ем разрушающую нагрузку МВ и отмечаем угол
Â
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