- Вычертить эскиз образца после испытания.
- Построить диаграмму растяжения
. - Определить характеристики прочности по формулам 1.1 −1.5.
- Определить характеристики пластичности по формулам 1.6 и 1.7.
Выводы.
В выводах необходимо обосновать выполнение закона Гука в пределах упругости, сопоставить полученные в лабораторной работе механические характеристики стали с аналогичными величинами, приведенными в справочной литературе, а также установить, к какому виду (пластичному или хрупкому) относится материал экспериментального образца.
Контрольные вопросы.
1. Формулировка закона Гука.
2. Физическое определение механического напряжения.
3. Модуль продольной упругости. От чего он зависит?
4. Что представляет собой диаграмма растяжения?
В каких координатах она строится?
5. Какой характеристике прочности соответствует точка А диаграммы растяжения и чем она характерна?
6. Основные характеристики прочности материала и формулы для их определения.
7. Основные характеристики прочности материала и формулы для их определения.
8. Как будет вести себя образец, если после нагружения до предела пропорциональности уменьшить нагрузку до нуля?
9. Что представляет собой площадка текучести на диаграмме растяжения?
10. Охарактеризуйте процесс наклепа материала.
11. Формула для определения допускаемого напряжения пластичных материалов.
12. Назовите характеристики пластичности материала и формулы для их определения.
Литература: [1, 2, 3, 4, 5, 6,7].
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
«Испытание материалов на сжатие»
(4 часа)
Цель работы: 1. Изучить процессы сжатия различных материалов;
2. Определить основные механические характеристики материалов при сжатии.
Сведения из теории.
При сжатии образца при определенных соотношениях его продольных и поперечных размеров может возникнуть продольный изгиб, искажающий общую картину поведения образца при его деформировании.
По этой причине образцы для испытаний на сжатие делают короткими. Их высота не должна превышать трех минимальных поперечных размеров. Второй особенностью испытаний на сжатие является наличие трехосного напряженного состояния, возникающего вследствие наличия сил трения на торцах образца. Эти силы препятствуют увеличению диаметра торца образца при его сжатии, вследствие чего цилиндрическая форма образца искажается. Он становится бочкообразным.
Силы трения сказываются и на характере разрушения образца. С целью уменьшения сил трения между торцами образца и опорными плитами машины наносят слой парафина или графитной смазки.
Диаграмма сжатия образца из пластичного материала (например, малоуглеродистой стали) представлена на рисунке 2.1а.
Начальный участок диаграммы, включающий площадкутекучести, практически совпадает с аналогичным участком диаграммы растяжения. Поэтому основные механические характеристики пластичных материалов в упругой области (включая предел текучести) при сжатии и растяжении считаются примерно одинаковыми.
| F F К В К А C D B A 0 a Dl 0 a Dl |
а) пластичный материал б) хрупкий материал
Рис. 2.1 Диаграммы сжатия материалов
При дальнейшем сжатии возникают значительные пластические деформации, и образец превращается в диск, не разрушаясь при неограниченном увеличении сжимающей нагрузки.
Диаграмма сжатия образца из хрупкого материала приведена на рисунке 2.1б. Разрушение при сжатии в этом случае происходит вследствие сдвига одной части образца относительно другой. Конечный участок ВК диаграммы вследствие образования трещин и расслоение образца для определения механических характеристик не используется.
Основной характеристикой прочности хрупкого материала при сжатии, является предел прочности 
(временное сопротивление):
. (2.1)
Заметим, что хрупкие материалы при сжатии значительно прочнее, чем при растяжении.
Величина допускаемого напряжения для данного материала в реальной конструкции определяется по формуле:
(2.2)
Величина коэффициента запаса прочности выбирается в пределах 
и зависит от вида материала, степени ответственности конструкции, условий эксплуатации и ряда других причин.
Разрушение хрупких материалов при сжатии происходит от максимальных касательных напряжений. Об этом свидетельствует вид разрушения этих материалов. Так, разрушение образца из хрупкого материала происходит в виде трещины под углом 45° к продольной оси образца. В то же время известно, что при одноосном напряженном состоянии именно в этой плоскости касательные напряжения достигают максимальной величины:
. (2.3)
Далее следует отметить, что в народном хозяйстве очень широкое применение имеют нагруженные элементы конструкций (особенно строительных), изготовленные из такого распространенного материала, как дерево. Поэтому определение механических характеристик этого материала и выяснение особенностей поведения деревянных конструкций при их
нагружении остается актуальным и при современном многообразии строительных материалов.
Древесина обладает различной прочностью в зависимости от направления действующей силы по отношению к направлению волокон, то есть является анизотропным материалом. На рисунке 2.2 изображены диаграммы сжатия двух образцов (кубиков) из древесины одной породы.
Кривая 1 иллюстрирует сжатие вдоль волокон, а кривая 2 - поперек волокон деревянного образца при нормальных климатических условиях. При сжатии вдоль волокон древесина значительно прочнее, чем при сжатии поперек волокон. В первом случае образец разрушается вследствие сдвига одной части относительно другой (аналогично хрупким материалам), а во втором – происходит расслоение материала по годовым кольцам при незначительных нагрузках.
Поэтому в лабораторной работе исследуется поведение дерева в наиболее типичных условиях нагружения. Образец нагружается сжимающей нагрузкой, направленной вдоль волокон.
| F 1 2 0D ℓ |
сжатие деревянного образца:
кривая 1 - вдоль волокон, кривая 2 - поперек волокон
Рис. 2.2 Диаграмма сжатия образца из дерева
Особенностью механических характеристик дерева является очень сильная их зависимость от относительной влажности W, которая характеризует долю жидкости в общей массе деревянного элемента конструкции. Так, при относительной влажности, меньшей так называемого предела гигроскопичности (W = 30%), дерево условно считают хрупким материалом. Чтобы можно было сравнить свойства деревянных образцов различной влажности W, применяют приведение их механических характеристик к параметрам образца стандартной влажности W = 12%, то есть влажности деревянного образца при так называемых в физике «нормальных внешних условиях ».
Вначале в результате испытаний определяется величина предела прочности дерева данной влажности при сжатии вдоль волокон:
. (2.4)
Затем проводится пересчет полученного значения на предел прочности дерева стандартной влажности 
с точностью до 0,5 МПа по формулам:
− для образцов с влажностью меньше предела гигроскопичности:
, (2.5)
где 
− поправочный коэффициент на влажность; зависит от породы древесины 
=(0,03 
0,06);
− для образцов с влажностью, равной или большей предела гигроскопичности:
(2.6)
где 
− поправочный коэффициент пересчета влажности.
Справочные значения этого коэффициента 
зависят от породы древесины и изменяются в пределах от 0,4 до 0,55.
Допускаемое напряжение при сжатии дерева определяется по формуле:
(2.7)
Величина коэффициента запаса прочности 
выбирается в пределах от 2 до 5 в зависимости от условий эксплуатации и планируемого срока службы деревянной конструкции.
Характер деформирования и вид разрушения образца из дерева также сильно зависит от влажности дерева.