Лабораторная работа № 10
ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ НА КРУЧЕНИЕ
Цель работы
Изучить методику определения предела прочности при кручении и исследовать характер разрушения образца.
Рабочее задание
1. Вычислить условный предел прочности при кручении;
2. Построить диаграммы кручения образцов;
3. По характеру поломки образца определить причину разрушения (имел ли место при разрушении сдвиг или отрыв материала) т.е. выявить, какие напряжения для данного материала опасны.
Оборудование и материалы
Виртуальный лабораторный комплекс, испытательная машина КМ-50-1.
Теоретические основы испытания материалов на кручение
При кручении бруса круглого поперечного сечения в плоскостях, перпендикулярных к его продольной оси, и в плоскостях совпадающей с этой осью, возникают только касательные напряжения, в плоскостях, расположенных под углом 45° к оси бруса,– только нормальные напряжения (главные). Напряженное состояние во всех точках – чистый сдвиг. Нормальные и касательные напряжения по величине равны между собой, поэтому разрушение образца при кручении может произойти от сдвига или отрыва. Так как сопротивление сдвигу или отрыву у различных материалов неодинаково, разрушение образцов при испытании на кручение будет происходить различно.
Рис. 1. Характер разрушения образцов при кручении: А)разрушение стального образца, вызванное сдвигом по поперечному сечению образца; Б) разрушение чугунного образца от отрыва по винтовой поверхности с углом наклона 45° к оси образца; В) разрушение деревянного образца, вызванное сдвигом в продольном осевом сечении
Рис. 2. Диаграмма кручения образцов: а) стального; б) чугунного; в) деревянного
Диаграмма зависимости угла закручивания φ от крутящего момента М к наглядно отражает процесс деформации образца при кручении. Сначала деформация (угол закручивания) увеличивается пропорционально нагрузке (крутящему моменту) и на диаграмме – прямая (закон Гука) (рис.2, а); затем деформация растет значительно быстрее нагрузки, и на диаграмме появляется криволинейный участок. Диаграмма обрывается при наибольшем значении крутящего момента, соответствующего разрушению образца.
Разрушение чугунного образца происходит внезапно по наклонному сечению. Зернистый характер излома является средством разрушения от отрыва. На диаграмме кручения чугунного образца (рис.2, б) видно, что чугун не совсем строго подчиняется закону Гука (кривая имеет несколько выпуклый характер) и не получает при разрушении от кручения значительных остаточных деформаций.
На диаграмме кручения деревянного образца (рис.2, в) вначале момент возрастает пропорционально углу закручивания, затем после достижения максимальной величины начинает заметно уменьшаться вследствие образования в образце продольной трещины.
Описание метода эксперимента
Последовательность действий следующая:
1. Взять образец со стола;
2. Установить образец в испытательную машину. Взять образец в руки, применить его к любому кулачку КМ-50-1, образец должен исчезнуть. Далее (рис. 3) нужно ручку захвата (1) повернуть по часовой стрелке на 30°, при этом вращении плашка (2) будет совершать движение от вас, а плашка (3) движение к вам. В результате этого движения расстояние между плашками (2) и (3) несколько увеличится. В таком положении захватов между кулачками появляется образец, и ручка (1) совершает движение против часовой стрелки. Плашки сходятся и образец зажимается
3. Включить КМ-50-1. Повернуть тумблер (2) (рис. 4) в положение «ВКЛ»;
Рис. 3. Работа захвата
Рис. 4. Пульт управления и индикаторные приборы
4. нажать кнопку «ПУСК» (1). Образец начнет закручиваться. На шкалеотобразится напряжение.
Одна стрелка связана с процессом и показывает данные процесса, а вторая стрелка приводится в движение первой. Смысл второй стрелки – показать максимальное зафиксированное значение, т.е. когда первая шкала укажет максимум, а потом пойдет на понижение, вторая шкала останется на максимуме. Ручное управление второй стрелкой осуществляется при помощи рукоятки в центре.
Из отверстия динамографа начнет выходить диаграмма (рис. 5);
Рис. 5. Пример диаграммы зависимости угла закручивания
от прилагаемого момента
5. После проведения опыта образец разрывается. КМ-50-1 автоматически выключается. Необходимо извлечь сломанный образец и положить его на стол;
6. Извлечь диаграмму процесса. Диаграмму положить на стол и увеличить (клик левой клавишей мыши);
7. Установить шкалы и пассивную стрелку на ноль;
8. По соответствующим шкалам последовательно зафиксировать угол закручивания j и соответствующее ему значение крутящего момента Мквплоть до разрушения образца;
9. По полученным значениям построить диаграмму кручения образца.