Портативная акустическая система

Гуманитарные науки

Гуманитарные науки

Биржа студенческих   работ. Контрольные, курсовые, рефераты.

Биржа студенческих
работ. Контрольные, курсовые, рефераты.

Студенческий файлообменник

Студенческий файлообменник

Выполнение 
работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Выполнение работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Занимайтесь онлайн 
        с опытными репетиторами

Занимайтесь онлайн
с опытными репетиторами

Приглашаем к сотрудничеству преподователей

Приглашаем к сотрудничеству преподователей

Готовые шпаргалки, шпоры

Готовые шпаргалки, шпоры

Отчет по практике

Отчет по практике

Приглашаем авторов для работы

Авторам заработок

Решение задач по математике

Закажите реферат

Закажите реферат

Сопромат Испытание материалов на выносливость Испытание на сжатие Испытание на кручение Определение деформаций Расчет на жесткость Расчет на прочность Термическая обработка металлов  и сплавов

Лабораторные работы и лекции по материаловедению

Определение модуля сдвига для изотропных материалов

Цель работы

Экспериментальное определение характеристик упругости алюминиевого сплава при кручении: модуля сдвига G. Ознакомление с методикой измерения угловых деформаций путем замера линейных перемещений индикаторами часового типа.

Основные теоретические положения

Определение модуля сдвига G проводится по результатам испытания на кручение круглого образца диаметром d.

В пределах упругих деформаций (по достижении напряжения равного пределу пропорциональности) зависимость между касательными напряжениями t и угловыми деформациями g является линейной и описывается с помощью закона Гука

                (6)

Модуль сдвига G (модуль упругости II рода) характеризует сопротивление материала упругим деформациям при сдвиге (кручении) и имеет размерность МПа. Графически G представляет собой тангенс угла наклона прямой в координатах "". Модуль сдвига G также, как и модуль продольной упругости E и коэффициент Пуассона m, является величиной постоянной для данного материала.

Для определения модуля сдвига используется формула закона Гука при кручении

                (7)

где j - угол закручивания на участке длиной l;  - крутящий момент;  - полярный момент инерции поперечного сечения образца.

Модуль упругости второго рода G является зависимой от двух других характеристик упругости материала - модуля продольной упругости и коэффициента Пуассона. Связь между E, m и модулем сдвига G определяется выражением:

                (8)

Постановка опыта

Для определения модуля сдвига G проводят испытания на кручение круглого образца на установке, схема которой представлена на рис. 2. Образец (6), закрепленный в опорах (4) и (5), нагружается крутящим моментом с помощью штанги (3) и груза Q.

Величина крутящего момента равна:

                (9)

где L - длина плеча, на котором действует груз. В сечениях 1 и 2 рабочего участка длиной l устанавливаются струбцины, длина которых равна a. В процессе нагружения образца измеряют линейные перемещения  и  концевых сечений струбцин с помощью индикаторов часового типа.

Тангенс угла закручивания можно определить как . Однако, вследствие малости деформаций, можно считать , следовательно,  . Тогда угол закручивания рабочего участка определяется как:

 или                  (10)

Связь между углом сдвига g и углом закручивания j наглядно представлена на рис. 3:

AB - положение внешнего волокна до деформации;

AB1 - положение волокна после приложения крутящего момента.

Из-за малости деформаций дугу BB1 можно вычислить как j r, либо как gl, следовательно

                (11)

Порядок проведения опыта

Установить стрелки индикаторов на ноль.

Нагрузить образец начальным крутящим моментом для устранения зазоров в нагружающей системе.

Снять начальные показания индикаторов.

Произвести ступенчатое нагружения образца, передвигая груз Q по штанге (3) (рис. 2) на 20 мм. в сторону увеличения длины плеча. Количество ступеней нагружения k = 4-5.

На каждой ступени нагружения зафиксировать показания индикаторов  и  в таблице наблюдений 2.

Разгрузить образец, установив штангу в нейтральное положение с помощью эксцентрика; передвинуть и зафиксировать груз в исходном положении.

Обработка результатов испытаний

По данным таблицы наблюдений 2 вычислить модуль сдвига по формуле, которая вытекает из метода наименьших квадратов (см. Приложение 1):

                (12)

Полученную величину модуля сдвига G сопоставить с вычисленной по формуле (2.3) на основании данных опыта на растяжение.

Построить график зависимости "", используя данные таблицы 2.

Полученное значение G сопоставить с табличными для данного сплава (см. Приложение 2).

Вычисление величин, входящих в таблицу 2, производится по следующим формулам:

Таблица 2

Данные испытаний на кручение

 

Нм

Нм

 

 

м

м

рад

рад

МПа

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы

На основе проведенных опытов оценить степень точности эксперимента, сопоставив найденные экспериментально величину G с табличными данными для данного материала.

Контрольные вопросы

Цель работы.

Какие деформации называются упругими?

Какие характеристики называются характеристиками упругости?

Какими аналитическими зависимостями описывается упругое поведение материала при кручении?

Какие аналитические зависимости связывают упругие характеристики материала при растяжении и кручении?

Укажите аналитическую зависимость между характеристиками упругости материала.

Как устроен индикатор часового типа?

Как экспериментально определяются модули упругости при кручении?

Принцип работы испытательной установки на кручение.

3.Механизм пластического деформирования.

Пластическая деформация происходит в результате скольжения или двойникования.

В основу современной теории пластической деформации взяты следующие положения:

скольжение распространяется по плоскости сдвига последовательно, а не одновременно;

скольжение начинается от мест нарушений кристаллической решетки, которые возникают в кристалле при его нагружении.

Схема механизма деформации представлена на рис.6.6 а.

В равновесном состоянии дислокация неподвижна. Под действием напряжения экстраплоскость смещается справа налево при незначительном перемещении атомов. Нижняя часть плоскости Р/S (SR) сместится вправо и совместится с нижним краем экстра- плоскости РQ.

QR- остаточная деформация.

При дальнейшем движении дислокация пройдет всю плоскость скольжения и выйдет на поверхность зерна. При этом верхняя часть зерна сдвинута относительно нижней на один межатомный период решетки (рис. 6.6 б).

При каждом перемещении дислокации на один шаг необходимо разорвать связь только между двумя рядами атомов в плоскости Р/S, а не между всеми атомами, расположенными выше и ниже плоскости скольжения. Необходимое сдвиговое напряжение при этом мало, равно практически действительному.

6_files/image014.gif

Рис. 6.6. Схема дислокационного механизма пластической деформации а – перемещение атомов при двихении краевой дислокации на одно межатомное расстояние; б – перемещение дислокации через весь кристалл

 

Разрушение металлов.

Процесс деформации при достижении высоких напряжений завершается разрушением. Тела разрушаются по сечению не одновременно, а вследствие развития трещин. Разрушение включает три стадии:

 зарождение трещины,

 ее распространение через сечение,

 окончательное разрушение.

Различают хрупкое разрушение – отрыв одних слоев атомов от других под действием нормальных растягивающих напряжений. Отрыв не сопровождается предварительной деформацией. Механизм зарождения трещины одинаков - благодаря скоплению движущихся дислокаций перед препятствием (границы субзерен, фазовые границы), что приводит к концентрации напряжений, достаточной для образования трещины. Когда напряжения достигают определенного значения, размер трещины становится критическим и дальнейший рост осуществляется произвольно.

Для хрупкого разрушения характерна острая, часто ветвящаяся трещина. Величина зоны пластической деформации в устье трещины мала. Скорость распространения хрупкой трещины велика - близка к скорости звука (внезапное, катастрофическое разрушение). Энергоемкость хрупкого разрушения мала, а работа распространения трещины близка к нулю.

Различают транскристаллитное разрушение – трещина распространяется по телу зерна, интеркристаллитное – по границам зерен (всегда хрупкое).

Результатом хрупкого разрушения является блестящий светлый кристаллический излом с ручьистым строением. Хрупкая трещина распространяется по нескольким параллельным плоскостям. Плоскость излома перпендикулярна нормальным напряжениям.

Вязкое разрушение – путем среза под действием касательных напряжений. Ему всегда предшествует значительная пластическая деформация.

Трещина тупая раскрывающаяся. Величина пластической зоны впереди трещины велика. Малая скорость распространения трещины. Энергоемкость значительная, энергия расходуется на образование поверхностей раздела и на пластическую деформацию. Большая работа затрачивается на распространение трещины. Поверхность излома негладкая, рассеивает световые лучи, матовая (волокнистый) излом. Плоскость излома располагается под углом.

По излому можно определить характер разрушения.


Содержание и задачи курса сопротивление материалов