Испытания материалов на срез проводятся на универсальной испытательной машине УИМ−5 с использованием приспособления СМ1В. Образец изготавливается из малоуглеродистой стали. Его размеры обусловлены конструктивными размерами приспособления СМ1В.
Подготовка и порядок проведения испытаний:
С помощью штангенциркуля или микрометра измеряется диаметр образца и вычисляется площадь его поперечного сечения. После этого образец вставляется в приспособление, которое устанавливается в захваты разрывной машины. Машина включается, и нагрузка плавно повышается до разрушения образца. В это время контрольная стрелка силоизмерителя разрывной машины фиксирует максимальное усилие, то есть усилие при разрушении образца.
Значения всех необходимых для проведения расчетов параметров заносятся в таблицу 3.1.
Таблица 3.1.
Параметры и их значения.
 , Н
| d, мм | ||
 , мм2
|  , МПа
| ||
| [ τ ], МПа | K |
Выводы:
В выводах необходимо привести полученную в результате проведенных испытаний величину предела прочности стали на срез, а также соотношение между пределами прочности стали на срез и на растяжение для материала образца (величина 
берется из лабораторной работы № 1).
Контрольные вопросы.
1. Что происходит с образцом при разрушении от деформаци срез?
- Какие напряжения возникают в образце при деформации срез?
3. По какой формуле определяется предел прочности при срезе?
Литература: [ 1, 2, 3,4,5, 10 ].
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
«Испытание материала на кручение»
(4 часа)
Цель работы: 1. Обосновать справедливость закона Гука при
кручении в пределах упругости.
2. Вычислить модуль сдвига для материала образца.
3. Определить механические характеристики
материала при кручении.
4. Выяснить характер деформирования и разрушения
образца при кручении.
Сведения из теории.
Деформация кручение вызывается парами сил (скручивающими моментами), плоскость действия которых перпендикулярна продольной оси стержня. В произвольных поперечных сечениях стержня между точками приложения моментов в этом случае возникает только один внутренний силовой фактор − крутящий момент 
.
При кручении в поперечных сечениях возникают условия чистого сдвига. При этом касательные напряжения τ в любой точке круглого поперечного сечения можно вычислить по формуле:
, (4.1)
где ρ − расстояние от центра тяжести сечения до точки,
в которой определяются напряжения, мм;
− полярный момент инерции сечения, мм4 .
Максимальные касательные напряжения возникают в крайних, наиболее удаленных точках сечения, то есть ρ = ρ max. Тогда:
(4.2)
где 
− полярный момент сопротивления сечения, мм3
Закон Гука для абсолютных деформаций при кручении утверждает, что между углом закручивания φ и крутящим моментом М к в пределах упругости наблюдается линейная зависимость:
(4.3)
где G − модуль упругости второго рода или модуль сдвига.
Тогда из формулы 4.3 может быть определен модуль упругости второго рода (модуль сдвига G):
, (4.4)
где 57− коэффициент для перевода угла закручивания 
, измеренного в градусах, в радианы.
Современные испытательные машины оснащены автоматическими записывающими устройствами - диаграммными аппаратами, которые осуществляют запись диаграмм кручения 
в определенном масштабе. При этом по оси ординат записывается крутящий момент , а по оси абсцисс − угол закручивания 
.
Примерный вид такой диаграммы (полученной при постепенном увеличении нагрузки вплоть разрушения) для стержня, изготовленного из пластичного материала, показан на рисунке 4.1.
4
2 3 
1
 
0 j
|
Рис. 4.1. Диаграмма кручения
Анализируя диаграмму кручения, можно отметить, что она подобна диаграмме растяжения. Характерные участки и точки аналогичны тем, которые наблюдаются на диаграмме растяжения:
− момент, до которого выполняется закон Гука. Напряжение, соответствующее моменту пропорциональности 
, (точка 1 на рисунке 4.1) называется пределом пропорциональности при кручении:
, (4.5)
− момент, соответствующий явлению текучести (участок 2 -3 на рисунке 4.1). Пределом текучести при кручении считается напряжение τ T, при котором образец деформируется при постоянном значении крутящего момента. Величина предела текучести вычисляется по формуле:
, (4.6)
− крутящий момент, вызывающий разрушение.
Напряжение, соответствующее максимальному моменту = 
называется пределом прочности при кручении и определяется выражением:
, (4.7)
Обеспечение гарантированной прочности при кручении обеспечивается допускаемым напряжением при кручении, которое для пластичных материалов вычисляется по формуле:
, (4.8)
где 
− нормативный коэффициент запаса прочности,
выбираемый в пределах от 1,5 до 2,5 в зависимости от характера нагружения.
Если в ходе испытания образца периодически измерять его длину и диаметр, то можно убедиться, что ни диаметр, ни длина образца при деформации кручения не изменяются.
Для визуального наблюдения за ходом деформирования образца перед опытом необходимо провести на поверхности его цилиндрической части продольную линию, параллельную оси образца. Тогда эта линия во время испытания превращается в винтовую линию, каждый виток которой соответствует закручиванию концов образца на угол 360°.
Пластичность образца оценивается относительным углом закручивания 
:
(4.9)
и относительным углом сдвига 
при разрушении
, (4.10)
где 
− наибольший угол закручивания, рад;
d − диаметр поперечного сечения образца, мм.