1.           Введение

Цель работы - определение экспериментальным путем основных механических характеристик различных материалов.

Задачи:

·                    определить ударную вязкость материала при сжатии;

·                    определить предел прочности.

 

2.           Теоретическое обоснование испытания материалов на сжатие

При испытании на сжатие пластических материалов (мягкой стали, меди и др.) из-за сильной деформации (сплющивания) удается определить лишь предел текучести; практически они не могут быть разрушены, поэтому для пластических материалов не существует предела прочности при сжатии. Хрупкие материалы (чугун, камень, бетон и др.) разрушаются при сжатии, выдерживая при этом значительно большее напряжение, чем при растяжении. Для этих материалов предел прочности при испытании на сжатие имеет большое практическое значение, т.к. обычно детали из хрупких материалов в реальных конструкциях работают на сжатие.

Рис. 2.1. Деформация стального образца при сжатии

Рис. 2.2. Деформация чугунного образца при сжатии

Испытание деревянных образцов представляют собой интерес вследствие того, что прочность этого материала, имеющего волокнистую структуру, неодинакова вдоль и попрек волокон (анизотропный материал).

Для испытаний применяют деревянные кубики. Прочность дерева на сжатие вдоль волокон обычно в 8-10 раз больше, чем поперек волокон.

Образцы до и после сжатия выглядят следующим образом.

Рис. 2.3. Деревянные образцы, разрушенные при сжатии волокон

Рис. 2.4. Деревянный образец до и после сжатия поперек волокон

 

3.           Оборудование

3.1. Активные клавиши

Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши:

W, S, A, D – для перемещения в пространстве;

F2, E – аналоги средней клавиши манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);

F10 – выход из программы.

Рис. 3.1. Активные клавиши клавиатуры

Рис. 3.2. Функции манипулятора

Левая клавиша мыши (1) - при нажатии и удерживании обрабатывается (поворачивается, переключается) тот или иной объект.

Средняя клавиша (2) - при первом нажатии (прокрутка не используется) берется объект, при последующем – ставится (прикрепляется).

Правая клавиша (3) - появляется курсор–указатель (при повторном - исчезает).

Примечание: При появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и стороны.

3.2. Оборудование

3.2.1.    Пресс гидравлический (ПСУ-10)

Гидравлический пресс ПСУ-10 предназначен для испытания стандартных образцов строительных материалов на сжатие, а также поперечного изгиба кирпича согласно ГОСТ 530-54 на ПСУ-10.

Рис. 3.3. Общий вид гидравлического пресса ПСУ-10

По конструкции силовозбуждающего устройства пресс относится к типу гидравлических и включает в себя три отдельных агрегата: собственно пресс (рис. 3.3), пульт управления (рис. 3.4), силоизмеритель СИ-2 (рис. 3.5).

Собственно пресс представляет собой неподвижную раму, состоящую из станины (5) и поперечины (1), соединенных между собой двумя колоннами (3). В центральном гнезде поперечины смонтирована винтовая пара, на которую закреплена плита опорная верхняя (2).

 В центральной части станины расположен рабочий цилиндр пресса, в котором помещается плунжер. К плунжеру прикреплена плита нижняя (4). Под действием давления масла в цилиндре плунжер перемещается вверх. Максимальное передвижение его вверх должно быть в пределах 50 мм. Подвижные части машины опускаются вниз под действием собственного веса.

Рис. 3.4. Панель управления прессом

На пульте управления прессом расположены следующие элементы:

(1) - переключатель режимов работы пресса, где «0» - нерабочее состояние, «СБРОС» - состояние сброса нагрузки пресса и возврата нижней плиты в нижнее положение, «НАГРУЖЕНИЕ» - состояние нагрузки пресса (нижняя плита перемещается вверх).

(2) – лампочка индикации сети.

(3) – кнопка включения насоса, подающего жидкость в гидроцилиндр пресса.

(4) – кнопка выключения насоса.

(5) – переключатель скорости нагружения пресса.

(6) – динамограф.

Рис. 3.5. Панель силоизмерителя СИ-2

Силоизмеритель предназначен для отображения нагрузки и скорости нагружения пресса. На пульте силоизмерителя СИ-2 расположены следующие элементы:

(1) – кнопка включения прибора (вкл/выкл).

(2) – кнопки включения уровня защиты напряжения. Включение уровня защиты напряжения обеспечивает автоматическое выключение пресса, при достижении напряжения выше указанного.

(3) – кнопка режимов отображения напряжения. При включении режима I загорится индикатор «ПУСК» и числовое табло (6) будет отображать напряжение пресса в реальном времени. При включении режима II загорится индикатор «МАКС» и числовое табло (6) будет отображать последнее максимальное напряжение пресса.

(4) – ручка ручной настройки СИ-2.

(5) – кнопки включения уровней защиты скорости нагружения. Включение уровня защиты скорости нагружения обеспечивает автоматическое выключение пресса, при скорости нагружения выше указанной.

3.2.2.    Техническая характеристика ПСУ-10

Пресс гидравлический предназначен для статических испытаний образцов строительных материалов на сжатие.

Таблица 3.1

Техническая характеристика ПСУ-10

Параметры	Показатели
Точность измерений, %	±2
Предельная нагрузка, тонны	10
Скорость движения поршня рабочего цилиндра, мм/мин	20
Наибольший допустимый подъем поршня, мм	50
Мощность электродвигателя, кВт	1
Габаритные размеры, мм	362х200х970
Масса, кг	342

3.3. Комплект образцов

Рис. 3.6. Стол с образцами

Рис. 3.7. Пример диаграммы

 

4.           Порядок выполнения работы

Последовательность действий следующая:

1. Возьмем образец со стола.

2. Установим образец между плитами.

3. При помощи тумблера сети (рис.4.1) включим пресс в сеть. Загорится лампочка «СЕТЬ» на пульте управления прессом.

Рис. 4.1. Тумблер включения сети

4. Установим режим работы на пульте управления «НАГРУЖЕНИЕ», что будет соответствовать ходу пресса вверх. Режим «0» - работа вхолостую и передвижения пресса не будет. Режим «СБРОС» используется при разгрузке образца (обратный ход плиты пресса).

5. Включим прибор СИ-2 (рис. 3.5 1).

6. На СИ-2 с помощью кнопок выставим уровень защиты (рис. 3.5 2). Уровень защиты выставляется в кН. Если уровень защиты ниже усилия пресса, то пресс автоматически выключается. Если такое произошло, то для включения пресса нажать на кнопку «НАСОС».

7. На СИ-2 выставим скорость нагружения – разница между нагрузкой в данный момент и предыдущей. Если скорость нагружения больше установленной, то пресс автоматически выключается.

8. При включении СИ-2 горит лампочка «ПУСК», что соответствует отображению данных в реальном времени. При нажатии на кнопку (рис. 3.5 3) произойдет переключение режимов отображения – загорится лампочка «МАКС» и на панели (6) будет отображаться последнее максимальное значение напряжения. При повторном нажатии на кнопку (рис 3.5 3) режим вернется в «ПУСК» (режим реального времени).

9. Установим скорость нагружения прессом (от 0 до 5 передач). Нажмем кнопку «НАСОС». Нижняя плита пресса начнет подниматься. Доведя образец до верней плиты, пресс начнет раздавливать образец. Из отверстия динамографа начнет выходить динамограмма и на шкалах СИ-2 появляются данные испытания.

10. По завершению опыта пресс автоматически выключится, СИ-2 продолжает работать.

11. Установим режим работы на «СБРОС». Дождемся, пока нижняя плита придет в исходное положение, - образец можно извлекать. Положим на стол.

12. Снимем диаграмму и положим ее на стол. После того как динамограмма оказалась на столе, имеется возможность посмотреть ее (щелчок на диаграмму поднимает ее перпендикулярно перед пользователем, повторный щелчок убирает ее обратно на стол).

13. Возьмем новый образец и проводим испытания дальше.

14.Вычислить предел прочности дерева вдоль волокон по формуле:  

(4.1)

,

где  - наибольшая нагрузка, предшествующая разрушению образца;

 - площадь поперечного сечения образца до начала испытания.

 

 

5.           Отчет

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1. Цель и задачи работы.

2. Приборы, оборудование и обеспечение.

3. Индивидуальное задание на работу (материал образца, его эскиз и размеры).

4. Значения максимальных напряжений.

5. Графики: усилий и напряжений.

6. Вычисление основных механических характеристик.

7. Выводы (составляются соответственно цели).

 

6.           Контрольные вопросы

1. Какие  механические  характеристики  можно  определить при испытании пластичных материалов на сжатие?

2. Какие механические характеристики можно определить при испытании хрупких материалов на сжатие?

3. Для каких материалов испытание на сжатие имеет большое практическое  значение?

4. Чем объясняется разрушение чугунных образцов по плоскости, проходящей под углом 45° к оси образца?

5. В каком направлении дерево прочнее при сжатии?

6. Можно ли довести до разрушения деревянный образец нагрузкой, направленной поперек волокон?

7.           Список литературы

1. Беляев Н.М. Лабораторные работы по сопротивлению материалов: Учебное пособие для вузов. – М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1954. – 278с.

2. Рубашкин А.Г. Лабораторные работы по сопротивлению материалов: Учебное пособие. – М.: Высшая школа. 1971. – 240с.

 

8.           Авторы

Лабораторная работа «Испытание материалов на сжатие» по дисциплине «Сопротивление материалов»

 

Методическое обеспечение: Бабичев Д.Т., д.т.н., профессор

 

Редактор: Яковлев О.В.

3D графика: Червов А.С.

Script программирование: Курылев Е.В.