Испытание материалов на растяжение
Сопротивление материалов
Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов специальности 050724 – «Технологические машины и оборудование»
Костанай 2010
Автор:
канд.техн.наук, доцент кафедры
«Технологические машины и
оборудование» Балаклейский С.П.
Рецензенты:
Балаклейский С.П. Сопротивление материалов. Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов специальности 050724 -«Технологические машины и оборудование».
Костанай, КГУ им. А. Байтурсынова, ИТФ, 2010. - 63 с.
Методические указания составлены в соответствии с требованиями учебного плана и программой дисциплины «Сопротивление материалов» и включает все необходимые сведения для выполнения лабораторных занятий
Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры «Технологические машины и оборудование»
«…….» …………………..2010г. Протокол №…….
Утверждены методическим советом инженерно-технического факультета
От . . 2010 г., №
Ó Костанайский государственный
Университет им А. Байтурсынова
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ……………………………………………………………………….4
Работа № 1. Испытание материалов на растяжение …………………………5
Работа № 2. Испытание материалов на сжатие ………………………………15
Работа № 3 Определение предела прочности стали на срез и сравнение его
с пределом прочности при разрыве ……………………………19
Работа № 4. Испытание стали на растяжение и изучение диаграммы
растяжения……………………………………………….. ……….21
4.1. Основные понятия ……………………………………………………21
4.2. Проведение испытания и обработка опытных данных ……………23
Работа № 5. Методы измерения твёрдости ……………………………………28
5.1. Основные положения …………………………………………………28
5.2. Метод измерения твердости по Бринеллю …………………………28
5.3. Метод измерения твердости по Роквеллу ……………………………35
Работа №6. Определение модуля продольной упругости и
коэффициента Пуассона при испытании материала
на растяжение…………….. ………………………………………43
Работа № 7. Испытание на ударный изгиб ……………………………………49
7.1. Основные положения…………………………………………………49
7.2. Маятниковые копры для испытания на ударную
вязкость и проведение испытания ……………………………………51
Работа № 8. Определение модуля сдвига ……………………………………56
Работа № 9. Исследование напряженного состояния бруса при
изгибе с кручением……………………………………………….. 59
Библиографический список …………………………………………………….63
ВВЕДЕНИЕ
При расчетах на прочность, жесткость и устойчивость элементов машин и сооружений необходимо знать механические характеристики материалов, при этом результаты расчетов тесно сочетаются с данными экспериментальных исследований. По этой причине в учебных курсах большое внимание уделяется лабораторным работам, которые выполняются параллельно с прохождением теоретического курса. Настоящее пособие предназначено как руководство при проведении лабораторных работ.
Основная цель лабораторных работ — научить студентов ставить эксперимент, выполнять экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния элементов конструкций, проводить проверку теоретических выводов.
Предполагается, что до выполнения лабораторной работы студент ознакомится по пособию с ее содержанием и методикой проведения. Это избавит преподавателя от необходимости подробного объяснения методики проведения той или иной работы и позволит студенту провести в отведенное время большее количество лабораторных работ.
Для предупреждения несчастных случаев следует до проведения лабораторных работ предварительно изучить инструкцию по технике безопасности и строго следовать ее положениям.
При выполнении самой работы студент должен ознакомиться с устройством и принципом работы испытательных машин, приборов и приспособлений, методами определения механических свойств материалов, закрепить навыки и умения, полученные на теоретических занятиях.
Содержание каждой лабораторной работы поэтому включает в себя цель работы, общие положения, устройство и принцип работы испытательных машин, приборов и приспособлений, порядок проведения испытаний и вопросы для самопроверки.
В процессе выполнения лабораторной работы все результаты замеров заносятся в журнал-отчет или в специальные бланки. После выполнения всех лабораторных работ студенты сдают специальный зачет.
В процессе самостоятельной подготовки к лабораторной работе студент должен на основании ее описания подготовить формуляр журнала ее выполнения, содержащий таблицы для фиксации результатов измерений и необходимые расчетные формулы.
Работа № 1
Работа №2
ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ НА СЖАТИЕ
Цель работы: изучение поведения пластичных и хрупких материалов и определение их механических характеристик при сжатии.
Образец. Для испытаний на сжатие применяются обычно образцы кубической формы или невысокие цилиндрические образцы с соотношением высоты к диаметру h0 /d0 = 1. . .3. Использование более длинных образцов является нецелесообразным в связи с возникновением опасности продольного изгиба.
Испытательная машина.Испытания на сжатие выполняются на универсальной испытательной машине, конструкция и принцип работы которой даны в работе №1.
Проведение испытаний.Испытанию на сжатие в данной работе подвергаются образцы из малоуглеродистой стали, чугуна и дерева. дерево как материал анизотропный, обладающий различными свойствами в различных направлениях, испытывается на сжатие вдоль и поперек волокон.
Сжатие пластичного материала (малоуглеродистой стали). Цилиндрический образец устанавливается между параллельными плитами испытательной машины и постепенно нагружается непрерывно возрастающей силой Р. Результаты испытания на сжатие можно представить в виде диаграммы сжатия (рис. 2.1, а), построенной в координатах: сила сжатия Р и абсолютное укорочение Δl.
По внешнему виду диаграмма сжатия, как и для большинства пластичных материалов, примерно до предела текучести совпадает с диаграммой растяжения. Точка А диаграммы соответствует пределу пропорциональности материала, после которого отмечается небольшой участок, где наблюдается более быстрое возрастание деформаций. Однако выраженной площадки текучести для многих материалов не наблюдается. Вследствие этого для них за предел текучести принимается условное напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,2 % от начальной высоты образца. При этом определение предела текучести осуществляется так же, как и в случае растяжения образца (см. работу №4). В дальнейшем кривая идет круто вверх из-за увеличения площади поперечного сечения образца и упрочнения материала.
Увеличивающееся в процессе деформации поперечное сечение образца становится способным выдерживать все большую нагрузку. Образец принимает бочкообразную форму (из-за наличия сил трения на торцах образца) и может быть сплющен в тонкую пластинку, не обнаруживая признаков разрушения (рис. 2.1, а). В некоторых случаях, при недостаточной пластичности материала, на боковой поверхности образца появляются мелкие трещины, довести образец из пластичного материала до разрушения практически не удается. Опыт приходится остановить, не определив величины наибольшей разрушающей нагрузки. Следовательно, предел прочности (временное сопротивление) при сжатии пластичных материалов не может быть определен. В этом случае обычно устанавливается только предел пропорциональности
Следует отметить, что при сжатии стали предел пропорциональности σпц, предел текучести σт, модуль упругости Е приблизительно имеют такие же значения, как и при растяжении. Поэтому стали на сжатие испытывают значительно реже, чем на растяжение. На практике схемы сжатия используют преимущественно в технологических пробах для оценки деформационной способности полуфабрикатов и изделий. С помощью проб по появлению трещин определяют годность или негодность материала после деформации сжатием на заданную величину.
Сжатие хрупкого материала (чугуна).Цилиндрический образец (h0 /d0 = 1,5) после обмера устанавливается между плитами пресса, и его подвергают статическому нагружению. Диаграмма сжатия при этом будет иметь вид, показанный на рис. 2.1, 6. На диаграмме сжатия, как и на диаграмме растяжения (рис. 1.5), отсутствует прямолинейный участок. Разрушение происходит внезапно при нагрузке Pmax с появлением ряда наклонных трещин, направленных примерно под углом 450 к оси образца. Такой характер разрушения объясняется действием касательных напряжений, возникающих в наклонных площадках при сжатии.
Таким образом, при сжатии хрупких материалов и при их растяжении можно определить лишь предел прочности
Различие между диаграммами сжатия и растяжения чугуна заключается лишь в том, что нагрузка, соответствующая пределу прочности при сжатии, в 3—5 раз превышает нагрузку, соответствующую пределу прочности при растяжении, и соответственно 
, т.е. чугун лучше сопротивляется сжатию, чем растяжению.
Характер деформации образца и причины его разрушения для хрупкого материала во многом зависят от влияния сил трения между образцом и опорными поверхностями машины. Путем периодической парафиновой смазки торцов образца в процессе испытания можно практически полностью устранить силы трения. При этом образец в течение всего испытания не принимает бочкообразную форму, остается цилиндрическим и разрушается по плоскостям, параллельным диаметральной плоскости образца из-за недопустимо больших растягивающих деформаций.
Рисунок 2.1. диаграммы сжатия и характер разрушения образцов из
малоуглеродистой стали (а), чугуна (б) и дерева вдоль волокон (в)
Сжапше анизотропного материала (дерева).Для испытания изготавливаются образцы кубической формы, которые испытывают вдоль и поперек волокон, что изображено на диаграмме рис. 2.1, в. Из диаграммы видно, что образец, испытанный вдоль волокон (кривая 1), до разрушения претерпевает сравнительно небольшие остаточные деформации. После достижения наибольшего значения сжимающей силы Рmax начинается разрушение образца с последующим падением нагрузки. В процессе разрушения дерево расслаивается, волокна отделяются одно от другого и переламываются, на боковой поверхности кубика образуются поперечные складки и продольные трещины.
По результатам испытания определяется только предел прочности
При испытании на сжатие поперек волокон диаграмма имеет другой характер (кривая 2). Сначала линия диаграммы идет по наклонной прямой до нагрузки Pmax. Затем вычерчивается слабоизогнутая кривая (кубик быстро деформируется почти без увеличения нагрузки), которая, если древесина не имеет пороков, может пойти вверх после того, как образец будет достаточно спрессован.
Значительный рост деформации без увеличения нагрузки позволяет считать, что грузоподъемность образца уже исчерпана. Поэтому за разрушающую нагрузку Pmax (соответствующую пределу прочности σB) условно принимается такая нагрузка, при которой кубик сжимается на 1/З своей первоначальной высоты.
Прочность дерева при сжатии поперек волокон обычно в 8—10 раз меньше, чем вдоль волокон. Эти свойства дерева следует учитывать, располагая его так при проектировании конструкций, чтобы сжимающие усилия действовали по направлению наибольшего сопротивления, т. е. вдоль волокон.
Вопросы для самопроверки
1. Какие образцы применяются при испытании материалов на сжатие?
2. Какие механические характеристики определяются при испытании на сжатие?
3. Каково различие между диаграммами растяжения и сжатия пластичного материала?
4. Каково различие между диаграммами растяжения и сжатия хрупкого материала?
5. В каких направлениях производится испытания деревянных образцов на сжатие?
б. Каково различие между диаграммами сжатия древесины вдоль и поперек волокон?
7. Какая нагрузка принимается за разрушающую при сжатии дерева поперек волокон?
8. Во сколько раз предел прочности дерева при сжатии вдоль волокон больше, чем поперек волокон?
Лабораторная Работа №3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ СТАЛИ НА СРЕЗ И
СРАВНЕНИЕ ЕГО С ПРЕДЕЛОМ ПРОЧНОСТИ ПРИ РАЗРЫВЕ
Цель работы: определение предела прочности стали при срезе и сравнение его с пределом прочности при разрыве.
Образцы. Для испытания на срез применяется стальной цилиндрический образец.
Испытательная машина. Испытания на срез выполняются на универсальной испытательной машине, конструкция и принцип работы которой даны в работе №1.
Проведение испытания.Стальной цилиндрический образец с площадью поперечного сечения А0 после обмера устанавливается в приспособление (рис. 3.1), состоящее из корпуса 2 с расточенными в нем гнездами для колец 3 и накладок 4, посредством которых осуществляется передача усилия на образец. После сборки приспособление устанавливается в испытательную машину и загружается. При этом условно считают, что в зоне среза возникают только касательные напряжения, равномерно распределенные по сечению (в действительности в зоне разрушения появляются и нормальные напряжения изгиба и сжатия, что подтверждается формой образца после разрушения).
Так как в данном приспособлении сдвиг под нагрузкой происходит по двум плоскостям, то предел прочности при срезе через разрушающую образец нагрузку находится по формуле
Рисунок 3.1. Приспособление для проведения испытаний (а) и схема
загружения образца (б) при срезе
Для определения предела прочности материала образца на разрыв используют экспериментальное соотношение между пределом прочности стали и твердостью по Бринелю (см. работу №5):
По окончанию испытания находят отношение τв/σв, которое для малоуглеродистой стали составляет 0,7 — 0,8.
Вопросы для самопроверки
1. Как определяется прочность на срез?
2. В чем условность вычисляемого в работе предела прочности на срез?
3. Как производятся испытания на срез металлического образца?
4. Чему равно отношение τв/σв для малоуглеродистой стали?
Лабораторная Работа №4
ИСПЫТАНИЕ СТАЛИ НА РАСТЯЖЕНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ ДИАГРАММЫ
РАСТЯЖЕНИЯ
4.1. Основные понятия
Цель работы: исследование процесса растяжения металлического образца вплоть до его разрыва и определение следующих механических характеристик материала: предела текучести σТ и пропорциональности σпц; предела прочности σВ; напряжения при разрыве Sк,относительного удлинения при разрыве δ,относительного сужения образца ψ, удельной работы а, затрачиваемой на разрыв.
Испытательная машина. В лаборатории можно изучать диаграмму растяжения, записав ее на машине УМЭ — 10Т или на прессе А. Г. Гагарина.
Пресс А. Г. Гагарина применяется для испытаний как на сжатие, так и на растяжение. При испытании на растяжение используется приспособление, называемое реверсором (рис. 4.2). Образец (рис. 4.1) устанавливается н реверсор как показано на рис. 4.2.
Рисунок 4.1. Образец для испытания Рисунок 4.2. Реверсор
При этом сжимающая сила пресса, действующая сверху и снизу на упорные поверхности реверсора, будут растягивать образец. Существуют также реверсоры для испытаний на срез и на скручивание.
Описаниепресса А. Г. Гагарина. Схема пресса изображена на рис. 4.3.
При помощи мотора или руки диаграммный аппарат 1 приводится во вращательное движение вокруг своей оси. При этом поступательно выдвигается винт 5, который нажимает на образец 2, установленный в реверсор. Сила нажатия винта передается через образец на короткое плечо рычага 3. На другом плече рычага помещается уравновешивающий груз 4, подвешенный к тележке, которая может передвигаться по рычагу. Передвижение тележки происходит автоматически при помощи пружинных часовых механизмов 6 и 7, каждый из которых может подключаться к бесконечной цепи 8, передвигающей тележку с грузом; механизм 6 двигает тележку влево, а механизм 7 — вправо. Если нагрузка возрастает, то длинное плечо рычага 3 поднимается и один из усиков регулятора 9 прижимается к маховику механизма 6 и затормаживает его. В это время механизм 7 отодвигает груз 4 вправо до тех пор, пока рычаг не опустится; тогда происходит затормаживание механизма 7 (и механизм 6 начинает отодвигать груз в обратную сторону). Таким образом, всякое опускание или поднятие рычага тотчас приостанавливается соответствующим перемещением уравновешивающего груза. На рычаге 3 имеется шкала нагрузок, при дальнейшем увеличении нагрузки процесс повторяется. Пресс А. Г. Гагарина относится к обширному классу испытательных машин, имеющих винтовой силовозбудитель и рычажный силоизмеритель. От других машин этого класса пресс А. Г. Гагарина выгодно отличается тем, что имеет приспособление для автоматического уравновешивания нагрузки.
Рис. 4.3. Схема пресса А. Г. Гагарина
Диаграмма растяжения (диаграмма сил). Перо 10 (рис. 4.3), которое вычерчивает на барабане 1 диаграмму, передвигается по вертикали между направляющими. Положение пера определяется положением тележки с уравновешивающим грузом 4 на рычаге 3, так как оно подвешено на нитке, прикрепленной к тележке и, следовательно, перемещению тележки вдоль рычага соответствует такое же вертикальное перемещение пера. Таким образом, вертикальный масштаб диаграммы или масштаб нагрузок совпадает с масштабом шкалы рычага, составляя 100 кГ в 1 см либо 20 кГ в 1 см, в зависимости от величины груза 4. При проведении испытания во время лабораторных работ 1 см по оси ординат будет соответствовать нагрузке 100 кГ. Максимальная нагрузка 5 т.
Горизонтальный масштаб диаграммы, т. е. масштаб удлинения, зависит от скорости поворота барабана. Угол поворота диаграммного барабана пропорционален величине опускания винта, т. е. удлинению образца (если пренебречь деформацией реверсора); следовательно, при повороте барабана перо прочерчивает на поверхности барабана линию, горизонтальная проекция которой пропорциональна удлинению образца. Одному миллиметру удлинения образца соответствует 10 см по оси абсцисс на диаграмме, т.е. удлинения оказываются увеличенными в 100 раз (таким образом, 1 см по оси ординат будет соответствовать удлинению образца на 0,01 см).
Вопросы для самопроверки
1. Какие образцы принимаются при испытании на прессе Гагарина?
2. Каковы преимущества пресса Гагарина перед универсальными машинами?
3. Каким образом на прессе Гагарина можно проводить испытания на растяжение, изгиб, кручение?
4. Какой масштаб по вертикали и горизонтали имеет диаграмма, полученная на прессе Гагарина?
5. Как определить условный предел пропорциональности с допуском 50%, 100% и условный предел текучести с допуском 0,2%?
б. В чем отличие истинного напряжения от условного?
7. Как построить диаграмму истинных напряжений?
8. Из каких составляющих состоит абсолютное остаточное удлинение образца после разрыва?
9. Как найти работу, затраченную на деформацию образца в пределах упругости, для образования пластической деформации, до разрушения?
10. Как вычислить удельную работу деформации?
11.Как найти относительное удлинение 10-кратного образца?
Лабораторная Работа №5МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЁРДОСТИ
Основные положения
Цель работы: определение значения твёрдости материала по Бринеллю и Роквеллу.
Общие сведения. Под твёрдостью понимают свойство материала сопротивляться проникновению в него более твёрдого наконечника (индентора), не получающего остаточных деформаций. Испытания на твёрдость получили большое распространение в промышленности, т.к. они дают возможность изучать свойства материала не только на опытных образцах, но и на готовых конструкциях и деталях. К тому же имеется возможность по результатам испытаний на твёрдость определить величину предела прочности материала без проведения испытаний материала на растяжение.
Наибольшее распространение получили статические методы:
а) метод Бринелля — вдавливание стального закалённого шарика;
б) метод Роквелла — вдавливание стального шарика при контроле мягких материалов или алмазного конуса при испытании твёрдых;
в) метод Виккерса — вдавливание алмазной пирамиды.
Указанные методы определения твёрдости регламентированы соответствующими ГОСТами. Здесь рассматриваются только наиболее распространённые методы, к которым относятся: метод измерения твёрдости по Бринеллю (ГОСТ 9012-59) и метод измерения твёрдости по Роквеллу (ГОСТ 9013-59).
Вопросы для самопроверки
1. Что такое Е, ν, какие свойства материала они характеризуют?
2. Какой величины не должна превышать нагрузка при определении Е?
3. Для какого материала Е больше: для стали или резины?
4. Если для стали Е в2 раза больше, чем для меди, то для какого из этих материалов будет наблюдаться большая деформация при одинаковых напряжениях?
5. Какая деформация, абсолютная или относительная, измеряется с помощью рычажного тензометра?
6. Что такое коэффициент увеличения рычажного тензометра?
7.Как связаны между собой изменение сопротивления проводника и изменение его длины?
8. Что такое коэффициент тензочувствительности тензодатчика?
9. Для чего нужен компенсационный тензодатчик?
10. Какая величина регистрируется прибором при мостовой схеме включения тензодатчика? Как по показаниям прибора определить относительную деформацию детали?
11.Для чего на образце устанавливаются по два тензометра с каждой стороны?
12. Как можно определить коэффициент Пуассона при испытании бруса на изгиб?
Основные положения
Цель работы: Ознакомление с методом испытания материалов на ударный изгиб и определение полной работы К, затраченной при ударе (работа удара), или ударной вязкости КС, под которой понимают работу удара, отнесённую к начальной площади поперечного сечения образца в мест е кон центра- тора.
Общие сведения. Для оценки свойств материала при динамических нагрузках недостаточно механических характеристик, определяемых при статических испытаниях. При больших скоростях нагружения, например, при ударе, увеличивается опасность хрупкого разрушения. Эта опасность особенно возрастает при наличии в детали различного рода надрезов (отверстия, галтели, канавки и пр.), которые вызывают концентрацию напряжений (неравномерное распределение напряжений). Надрез позволяет сосредоточить всю деформацию, поглощающую удар, в одном месте. Кроме того, наличие надреза ставит материал в более тяжёлые условия работы, т. к. надрез значительно ослабляет сечение и вызывает повышение напряжений от изгиба (вблизи дна надреза эти напряжения резко возрастают из-за концентрации напряжений).
В настоящее время применяют испытания на ударный изгиб образцов с концентраторами. Образцы устанавливаются на двух опорах и подвергаются воздействию ударной нагрузки падающего маятника. Разрушение происходит в плоскости надреза, и поэтому форма надреза и его размеры влияют на склонность материала к хрупкому разрушению. Испытания на ударный изгиб регламентированы ГОСТ 9454-78,который предусматривает использование 20 типов образцов, различающихся как собственными размерами, так и размерами концентраторов при трёх видах надрезов (рис. 7.1). Тип Т соответствует концентратору, содержащему усталостную трещину, которую получают в вершине начального надреза при циклическом изгибе образца в одной плоскости.
Работа удара. Работу удара обозначают буквами (КU, КV или КТ) и цифрами. Первая буква (К) — обозначает символ работы удара, вторая буква (U, V или Т) — вид концентратора. Последующие цифры обозначают максимальную энергию удара маятника, глубину концентратора и ширину образца. Например: КV-4050/2/2— работа удара, определённая на образце с концентратором вида V при температуре минус 400С. Максимальная энергия маятника 50 Дж, глубина концентратора 2 мм, ширина образца 2 мм. Если испытания проводятся при комнатной температуре (t = 20 
100С), то температура в обозначениях не проставляется.
Ударная вязкость. Ударной вязкостью (КС) называется отношение работы (К), необходимой для разрушения образца, к площади поперечного сечения А0 в месте надреза. Вычисляется ударная вязкость по формуле
где Н1 — начальная высота рабочей части образца, м (см); В — начальная ширина образца, м (см); Н1 и В измеряются с погрешностью не более 0,00005 м (0,005 см). Площадь поперечного сечения округляют: при ширине образца 5 мм и менее — до третьей значащей цифры, при ширине образца более 5 мм — до второй значащей цифры. Значение КС записывается в протоколе с округлением до 1 (0,1) Дж/см2 (кГм/см2), при КС>10 (1) Дж/см2 (кГм/см2) или до 0,1 (0,01) Дж/см2 (кГм/см2) при КС<10 (1) Дж/см2 (кГм/см2).
Ударную вязкость обозначаются сочетанием букв и цифр. Первые две буквы КС обозначают символ ударной вязкости, третья буква — вид концентратора; первая цифра — максимальная энергия удара маятника, вторая — глубину концентратора и третья — ширину образца. Например:
КСТ+100 150/3/7,5— ударная вязкость, определённая на образце с концентратором вида Т при температуре плюс 1000С. Максимальная энергия удара маятника 150 Дж, глубина концентратора З мм, ширина образца 7,5 мм.
Цифры не указывают при определении работы удара или ударной вязкости на копре с максимальной энергией удара маятника 294 (30) Дж (кГм), при ширине образца 10 мм, глубине концентратора 2 ммконцентраторов вида U и V и 3 мм для концентраторов вида Т.
7.2. Маятниковые копры для испытания на ударный изгиб
и проведение испытания
Маятниковые копры.Для испытания материалов на ударный изгиб большее распространение получили маятниковые копры. На рис.7.2 показаны принципиальные схемы копров МК-15 и МК-30А. Цифра в маркировке копра показывает максимальную работу удара в кГм, которую может совершить копер при испытании образцов.
Рисунок 7.2. Маятниковые копры для испытания на ударный изгиб: МК-15 (а), МК-З0А (б)
Копер состоит из чугунной станины в виде массивной плиты 2 с двумя вертикальными колоннами 3. В верхней части колонн на горизонтальной оси подвешен укрепленный в шарикоподшипниках маятник с грузом в виде стального плоского диска с вырезом 5, в котором закреплен стальной закаленный нож, служащий бойком при испытании (рис. 7.3). Внизу на уровне вертикально висящего маятника к колоннам станины прикреплены две стальные закаленные опоры 10, на которые помещают испытываемый образец 11. Под опорами между колоннами проходит тормозной ремень 12, который, прижимаясь к маятнику, качающемуся после удара, вызывает его торможение. Тормозной ремень приводится в действие или вручную специальной рукояткой 1 (копер МК-15), или автоматически рукояткой 1 (копер МК-З0А).
Перед испытанием маятник поднимают на исходную высоту и удерживают его в этом положении защелкой 6 (в копре МК-З0А эта высота зависит от того, в каком положении установлена защелка подъемной рамы 7в храповике 8).
При испытании образца маятник освобождается от защелки б, падая, ударяет образец, разрушает его и взлетает на некоторый угол, которым и определяется работа, затраченная на разрушение образца. Определение угла взлета маятника в копре МК-15 производится следующим образом. Стрелка 8, насаженная на оси маятника, свободно, но с некоторым трением в момент удара упирается в упор 7 у нулевого деления шкалы 9. При взлете маятника стрелка остается неподвижной, а при обратном движении маятника, двигаясь, вследствие трения, вместе с маятником, показывает угол взлета маятника в градусах (рис. 7.4).
Рисунок 7.4. Схема для определения угла взлета маятника
В копре МК-З0А на оси маятника жестко закреплен поводок 9. При прямом и обратном движении маятника поводок увлекает за собой соответственно одну или другую стрелку шкалы 10 и оставляет их в положении, фиксирующем
работу (энергию) маятника до и после удара (Перед началом испытания необходимо проверить, чтобы при свободно висящем маятнике указатели стрелок совпадали с нулевым делением шкалы.)
Маятниковые копры различаются максимальной энергией удара маятника: 4,9 (0,5); 9,8 (1,0); 49,0 (5,0); 98,0 (10,0); 147 (15); 294,0 (30) Дж (кГм).
При записи значения максимальной энергии удара маятника, значения в джоулях следует округлять соответственно до 5; 10; 50; 100; 150 и 300 Дж.
Максимальная энергия удара маятника должна быть такой, чтобы значение работы удара составляло не менее 10% от максимальной энергии удара применяемого маятника. Скорость движения маятника в момент удара, погрешность градуировки шкал копра, требования к термостатам, обеспечивающим равномерное охлаждение или нагрев образца, и термометры для измерения температуры контрольных образцов
маятника также регламентированы ГОСТом.
Рисунок 7.5Схема к определению энергии до и после удара
Проведение испытания. Разрушение образцов осуществляется на маятниковом копре (см. рис. 7.2, а). Испытуемый образец 11, размеры которого предварительно замеряют, устанавливают на опоры 10 надрезом в противоположную сторону от ножа маятника. Освобождение маятника производится с помощью рукоятки защелки. В копре МК-З0А (рис. 7.2, 6) маятник, пройдя нижнее положение и разрушив образец, поворачивает стрелку шкалы на угол, который соответствует энергии, сохранившейся в маятнике после разрушения образца. Работа, затраченная на разрушение образца, будет равна разности энергии маятника до удара и после удара.
В некоторых копрах (например, в МК-15) нет подъемной рамы, а шкала их проградуирована в градусах. В этом случае величина работы К, затраченная на излом образца, определяется как разность потенциальной энергии маятника в его положениях до и после удара (рис. 7.5) и вычисляется по формуле
где Q — вес маятника; Н1 — высота подъёма маятника до удара; Н2 — высота взлёта маятника после удара.
Вводя соответствующие обозначения, получаем
где R — длина маятника (расстояние от центра тяжести маятника до его оси вращения).
Тогда работа, затраченная маятником
Эту величину также можно определить из табл. 7.1 по углу β.
Таблица 7.1
Работа, затраченная на излом образца на маятниковом копре (Q = 97.972 Н; R = 0 .7945)
| β | К | β | К | β | К | β | К | β | К |
| 150,98 | 139,16 | 107,27 | 65,01 | 25,22 | |||||
| 150,97 | 138,43 | 106,04 | 63,66 | 24,16 | |||||
| 150,94 | 137,68 | 104,80 | 62,31 | 23,11 | |||||
| 150,88 | 136,91 | 103,56 | 60,97 | 22,08 | |||||
| 150,80 | 136,12 | 102,30 | 59,63 | 21,06 | |||||
| 150,69 | 135,31 | 101,04 | 58,29 | 20,06 | |||||
| 150,56 | 134,42 | 99,77 | 56,96 | 19,07 | |||||
| 150,40 | 133,64 | 98,49 | 55,64 | 18,10 | |||||
| 150,23 | 132,77 | 97,20 | 54,31 | 17,13 | |||||
| 150,03 | 131,89 | 95,90 | 53,00 | 16,22 | |||||
| 149,80 | 130,99 | 94,60 | 51,69 | 15,30 | |||||
| 149,55 | 130,07 | 93,29 | 50,39 | 14,40 | |||||
| 149,28 | 129,14 | 91,98 | 49,09 | 13,52 | |||||
| 148,99 | 128,19 | 90,65 | 47,80 | 12,65 | |||||
| 148,67 | 127,22 | 89,33 | 46,52 | 11,81 | |||||
| 148,33 | 126,23 | 87,99 | 45,25 | 10,98 | |||||
| 147,97 | 125,23 | 86,66 | 43,99 | 10,17 | |||||
| 147,58 | 124,21 | 85,32 | 42,73 | 9,38 | |||||
| 147,18 | 123,18 | 83,98 | 41,49 | 8,61 | |||||
| 146,74 | 122,13 | 82,63 | 40,25 | 7,86 | |||||
| 146,29 | 121,70 | 81,28 | 39,02 | 7,13 | |||||
| 145,82 | 119,99 | 79,92 | 37,80 | 6,42 | |||||
| 145,32 | 118,90 | 78,57 | 36,60 | 5,73 | |||||
| 144,80 | 171,79 | 77,22 | 35,41 | 5,07 | |||||
| 144,25 | 116,67 | 75,86 | 34,23 | 4,42 | |||||
| 143,69 | 115,54 | 74,50 | 33,06 | 3,79 | |||||
| 143,11 | 114,39 | 73,14 | 31,90 | 3,18 | |||||
| 142,50 | 113,24 | 71,79 | 30,75 | 2,60 | |||||
| 141,87 | 112,06 | 70,43 | 29,62 | 2,04 | |||||
| 141,22 | 110,88 | 69,07 | 28,50 | 1,49 | |||||
| 140,55 | 109,69 | 67,72 | 27,39 | 0,97 | |||||
| 139,87 | 108,48 | 66,36 | 26,30 | 0,48 |
Вопросы для самопрове