Образцы, оборудование, измерительные приборы

На рис. 2.7представлена схема универсальной испытательной машины ГМС-50. Это гидравлическая машина, предназначенная для нагружения образцов статической нагрузкой при испытании на растяжение или сжатие. Максимальное усилие, развиваемое машиной, порядка 500 кН (50 тс). Машина имеет три шкалы, что позволяет производить испытания при нагрузках соответственно до 100 кН, до 200 кНи до 500 кН, и оборудована маятниковым силоизмерителем. Переход на работу по одной из трех шкал осуществляется путем изменения веса груза, укрепленного на конце маятника. Кроме того, она снабжена устройством барабанного типа для автоматической записи машинных диаграмм.

Разберем принцип работы машины ГМС-50 при испытании образца на сжатие (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Принципиальная схема испытательной машины ГМС-50

Испытываемый образец 5 устанавливается на опоре подвижной траверсы 4. Плунжерный насос, приводимый в действие электродвигателем, подает масло по трубопроводу 15 в рабочий цилиндр 8, жестко закрепленный в неподвижной траверсе 9.

Масло давит на днище поршня 10. От поршня давление через центрирующую шаровую опору передается на поперечину 12, которая посредством тяг 7 (ходовых винтов) связана с подвижной траверсой.

Перемещаясь под давлением масла вверх, поршень поднимает
подвижную траверсу и прижимает испытуемый образец к верхней неподвижной траверсе (к днищу цилиндра) с силой, равной

F = p × A_n, (2.5)

где F – нагрузка на образец; р – давление масла в цилиндре; A_n – площадь торца поршня.

Измерение нагрузки производится следующим образом. Внутренний объем силоизмерительного цилиндра 26 соединен трубопроводом 16 свнутренним объемом рабочего цилиндра. Под давлением масла поршень 27 силоизмерительного цилиндра стремится опуститься вниз и, передавая усилие через рамку 24, повернуть рычаг 22 вместе с силоизмерительным маятником.

Поворот рычага маятника силоизмерителя, в свою очередь, вызывает перемещение в горизонтальном направлении рейки 19 и, следовательно, поворот стрелки прибора 21. Величина нагрузки может быть визуально отсчитана по шкале 20. На конце рейки закрепляется карандаш или перо самописца. При возрастании нагрузки на образец, что приводит к увеличению угла поворота маятника, рейка с карандашом будет перемещаться вдоль образующей барабана 18.

При деформации образца подвижная траверса будет подниматься и тянуть за собой нить 17, перекинутую через шкив диаграммного барабана. Это вызывает поворот барабана пропорционально перемещению подвижной траверсы, а следовательно пропорционально деформации образца. Эти два движения: горизонтальное перемещение карандаша и вращение барабана – обеспечивают запись на диаграммной бумаге кривой «нагрузка – деформация», т. е. машинной диаграммы.

1.2.3. Рекомендации по оформлению отчета

Рекомендуется следующая структура составления отчета:

• цель работы;

• краткие теоретические сведения;

• испытательная машина (краткие технические данные и принцип работы), материалы для испытаний.

• испытание пластичного материала на сжатие: материал образца, вид образца до испытания и после испытания (с указанием размеров), машинная диаграмма сжатия образца (с указанием масштабов по координатным осям сил и деформаций); определение характеристик прочности ( или );

• испытание хрупкого материала на сжатие: материал образца, вид и размеры образца до испытания и после испытания, машинная диаграмма сжатия образцов; определение характеристик прочности (s_в);

• испытания на сжатие анизотропного материала: материал образцов, вид и размеры образца из древесины на сжатие вдоль волокон (до испытания и после испытания), вид и размеры этого образца на сжатие поперек волокон (до испытания и после испытания), машинные диаграммы сжатия древесины вдоль и поперек волокон, определение характеристик её прочности при сжатии вдоль волокон и поперек волокон ( , );

• выводы (кратко описать, разделяя по пунктам, поведение материалов при испытании на сжатие: особенности деформации и разрушения пластичных, хрупких и анизотропных материалов).

Вопросы для самопроверки

1. Какими характеристиками оценивается прочность материала и какими пластичность?

2. Для каких материалов и почему нельзя определить физический предел текучести и предел прочности?

3. В пределах какого участка диаграммы сжатия сохраняет силу закон Гука?

4. Нарисуйте характерный вид диаграммы сжатия для хрупкого и пластичного материалов (сталь, чугун, древесина).

5. Каков характер деформации и разрушения для пластичного и хрупкого материалов? Нарисуйте вид образцов до сжатия и после разрушения.

6. Как определяется величина абсолютной и относительной остаточной деформации, отвечающей физическому и условному пределу текучести (а также пределу прочности) при испытаниях на сжатие?

7. Как определяется нагрузка (или напряжение), отвечающая пределу текучести (а также пределу прочности) при испытании образцов на сжатие?

8. Какими методами можно уменьшить вредное влияние торцевого трения при испытании образцов на сжатие?

9. Приведите примеры изотропных и анизотропных материалов. Что такое "коэффициент анизотропии прочности" и как он определяется?

10. Приведите примерные величины характеристик прочности для некоторых марок стали, а также древесины и бетона.

11. Расскажите по схеме об устройстве и принципе работы испытательной машины ГМС-50.

12. Чем объясняется возникновение бочкообразной формы образца при сжатии?

13. Какова величина коэффициента анизотропии прочности древесины?

14. Чем объясняется разрушение хрупких материалов по площадкам, наклон которых к оси образца составляет величину порядка 45^о?