Сопротивление материалов

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Реферат по дисциплине: «Сопротивление материалов» 
 
 
 
 
 

                                                                                         Выполнил:                                                            

                                                                                   Проверил:

         
 
 
 
 
 

     1. Назначение и виды  механических испытаний

     Испытания на выносливость или усталость характеризуются  повторными (знакопостоянными) или  повторно-переменными (знакопеременными), циклически изменяющимися нагрузками, многократно прилагаемыми к образцу. В процессе испытания определяются величины опасных циклических напряжений, а также иногда измеряются температурные  изменения образца, величина работы и деформации. Регистрация количества циклов нагружения образца производится автоматически, при помощи специальных  счетчиков. 
        Испытания на твердость служат для оценки сопротивления образцов и деталей пластической деформации на поверхности или по сечению. Эти испытания широко применяются для контроля качества металлов и деталей в процессе их производственной обработки. Кроме того, они служат для определения некоторых характеристик механических свойств металлов на основании эмпирической связи результатов испытания на твердость с данными других испытаний. 
         Испытания на износ и истирание заключаются в определении изменений механических свойств материалов на их поверхности после длительного воздействия сил трения, а также в установлении у образцов потери в весе; при этих испытаниях обычно применяют метод сравнения. 
        Технологическими называются такие испытания, с помощью которых устанавливается пригодность материала для определенного технологического процесса. Эти испытания обычно не преследуют цели определения точных величин прилагаемых нагрузок, а дают возможность быстро установить качественное соответствие испытуемого материала техническим условиям. Числовые результаты технологических испытаний при расчете конструкций на прочность не используются. Если оценка результатов производится по внешнему осмотру образца, то испытания носят название технологических проб; они применяются для выявления способности металла принимать определенные деформации, аналогичные тем, которые он претерпевает в условиях дальнейшей службы. К технологическим пробам, например, относится проба металлов на загиб до заданного угла, до параллельности сторон образца на оправке установленного диаметра, до соприкосновения сторон; проба проволоки на перегиб, всевозможные испытания труб и т. д. Технологическим пробам подвергаются холодные и нагретые образцы. Испытание моделей, узлов или конструкций производится как при нормальной, рабочей нагрузке, так и в условиях перегрузки с доведением их до разрушения. Кроме предельных нагрузок, измеряются деформации на отдельных участках. 
         На основании полученных данных вычисляются напряжения, которые служат для проверки расчетных схем, выявления слабых мест машины или конструкции в отношении прочности отдельных деталей, и характера распределения в них напряжений, возникающих в процессе работы при заданных условиях. 
Перечисленные виды испытаний являются основными из применяемых лабораторной техникой для оценки механических свойств металлов. 
Необходимость считаться с внешними физическими условиями, при которых работают некоторые механизмы, приводит к тому, что испытания часто приходится проводить при анормальных температурах или помещая образец в различные коррозионные среды. 
          Сравнивать получаемые числовые значения механических характеристик можно лишь в том случае, если испытания проводятся по единой методике. Такая методика, соответствующая современному состоянию испытательной техники, установлена в СССР Государственными общесоюзными стандартами (ГОСТ). 
Каждый ГОСТ на методы испытаний материалов содержит не только терминологические определения и правила проведения испытаний, но и дает исчерпывающие указания относительно порядка изготовления образцов, их формы, размеров и клеймения. В ГОСТ отражены основные требования к испытательной аппаратуре, даны указания о приемах обработки результатов и приведены примерные формы журнальной записи. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Типы и устройство  испытательных машин

     В зависимости от времени приложения нагрузки и назначения испытательные  машины делятся на следующие группы: 
I. Машины с кратковременным приложением статических нагрузок: 
а) для испытания на растяжение (разрывные машины); 
б) для испытания на сжатие и изгиб (прессы); 
в) для испытания на растяжение, сжатие, изгиб (универсальные машины); 
г) для испытания на кручение; 
д) для испытания в условиях сложного напряженного состояния; 
е) для испытания на твердость. 
II. Машины с длительным приложением статических нагрузок: 
а) для испытания на длительную прочность и ползучесть; 
б) для испытания на релаксацию напряжений. 
III. Машины для испытаний при ударных нагрузках (копры). 
         Для большинства испытательных машин со статическим приложением нагрузок характерно вертикальное расположение оси образца в захватах машины. К достоинствам таких машин относятся более удобное центрирование образца по оси приложения нагрузки и, как правило, исключение влияния веса захватов, компактность конструкции. Горизонтальные машины, в которых ось образца размещается горизонтально, применяются в основном только для испытаний на растяжение длинных канатов, цепей, стержней и т. п., а также для испытаний на кручение. Важными характеристиками испытательных машин являются характеристики привода и силоизмерителя. Различают два типа приводов к испытательным машинам: механический и гидравлический. 
             При механическом приводе деформация образца производится перемещением активного захвата машины, как правило, нижнего. Это перемещение происходит при помощи червячной передачи и может осуществляться механически или вручную. Применение механического привода дает возможность при работе точнее останавливаться на заданных значениях нагрузки, что значительно облегчает определение модуля упругости, пределов пропорциональности и текучести. Механические приводы используются преимущественно в испытательных машинах с предельной нагрузкой до 0,15 Мн (15 Т), для машин с большими предельными нагрузками применяются гидравлические приводы. При наличии гидравлического привода деформация образца производится перемещением активного захвата, связанного с поршнем рабочего цилиндра. Эта связь может быть жесткой или осуществляться через шаровую опору, дающую возможность уменьшения эксцентриситета, возникающего при установке образца в захваты. Гидравлический привод значительно упрощает конструкцию машины, позволяет изменять скорости нагружения в больших пределах, чем при механическом приводе. 
            Силоизмерители испытательных машин могут быть рычажные, пружинные и манометрические.

     Разрывные машины (рис.1 и рис.2) используются для испытания различных материалов на растяжение, сжатие, изгиб, разрыв, деформацию и т.д. Испытательные машины могут устанавливаться в лабораториях предприятий, строек, в учебных заведениях, в учреждениях академической и прикладной науки.

     

              Машины для испытания на растяжение (разрывные машины) при применении реверсора могут быть использованы для испытаний на сжатие. 
Машины для испытания на кручение изготовляются в основном с горизонтальным расположением оси испытуемого образца. Машины для испытаний образцов в условиях сложного напряженного состояния имеют ограниченное применение и используются в основном в лабораториях научно-исследовательских институтов. Такие машины состоят обычно из комплекса механизмов, каждый из которых может самостоятельно воздействовать на образец и воссоздавать один из видов напряженного состояния. Примером такой машины может быть машина, создающая нагрузку до 0,3 Мн (30 Т). Она состоит из универсальной

 гидравлической машины с рычажномаятниковым силоизмерителем, узла для создания крутящего момента на головке траверсы, масляного насоса для осуществления внутреннего давления в трубчатом образце через специальные головки машины, системы гидроаккумуляторов и регистрирующей аппаратуры. Машина дает возможность проводить испытания цилиндрических образцов на кручение совместно с растяжением или сжатием, трубчатых образцов при совместном действии внутреннего давления и растяжения или сжатия, на кручение при растяжении или сжатии и наложении внутреннего давления.

     Испытательные прессы (рис.3) используются для проверки прочности при сжатии строительных и прочих материалов.

     

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     а) б) в)

     Рис.3. Испытательные прессы. 

      Машины для  испытания на кручение (рис.4) предназначены для испытания на кручение металлов, неметаллов и многослойных материалов. Принцип действия машин заключается в скручивании испытываемого образца на определенный угол с измерением величины крутящего момента. Вся работа по проведению испытания может быть выполнена с помощью встроенной программы, предназначенной для осуществления автоматического сбора, хранения, обработки и отображения данных о испытании, результаты можно распечатать на принтере. 
 
 
 
 
 

       

     а) б) 

           Рис.4. Машины для испытания на кручение. 
 
 
 

     3. Форма стандартных  образцов для испытаний  материалов на  растяжении

     Большая часть металлов подвергается испытанию  на прочность при растяжении. Для  этого служат разрывные машины. Стандартный  образец  металла (рис. 5) закрепляется в захватах  машины. При включении машины захваты расходятся в разные стороны, а образец постепенно растягивается. Чем больше растягивающее усилие, тем больше удлиняется образец. О величине усилия судят по стрелке прибора, установленного на машине. Может наступить момент, когда образец не выдержит приложенного к нему усилия и разорвется.  
Сплавы обладают большей прочностью, чем составляющие их металлы.

      Для испытания применяются образцы  круглого поперечного сечения (рис.5).

     

     Рис. 5.

      Рабочей длиной L называется длина цилиндрической части образца до перехода к головкам.  Расчетной длиной называется длина,  на которой производится определение удлинения.  Головки образца препятствуют развитию деформации в прилежащих к ним частях образца,  поэтому берется меньше L на диаметр образца.  Для стандартных образцов применяют = 10d_o  и = 5d_o  (для "коротких" образцов).   
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     4. Диаграмма растяжения  малоуглеродистой  стали

      Испытание образца на разрыв производится на гидравлической испытательной машине УММ-10 (рис.6).

     

     Рис. 6.

      Машина  состоит из 2-х основных частей,  связанных маслопроводами: 1 - узла собственно машины,  2 - узла пульта управления,  включающего силоизмеритель (динамометр),  насосную установку,  создающую рабочее  усилие,  и систему управления.

      Собственно  машина является двухколонной вертикальной машиной с гидравлическим приводом перемещения подвижной траверсы и с механическим приводом нижнего  захвата.  Кинематически собственно машина представляет собой две сопряженные  рамы,  из которых одна неподвижная,  а другая подвижная.  Неподвижная  рама составлена из основания 8, траверсы цилиндра 3,  соединенных двумя  колоннами 5.  В траверсу 3 установлена  гидравлическая пара,  представляющая собой рабочий цилиндр и поршень 2.  На подушку поршня опирается  подвижная рама 1.  Рабочий ход  подвижной траверсы осуществляется гидравлическим приводом 14.  Механизм привода нижнего захвата состоит  из электродвигателя,  червячной  передачи 12,  опорной гайки 13 и  ходового винта 9,  на котором закреплен  нижний захват 7.  Подвижная траверса 6 в нижней своей части снабжена  универсальной захватывающей головкой для набора приспособлений при испытании  на разрыв и является верхним захватом.  В сторону пульта управления от рабочего цилиндра выведены маслопроводы 10.

      В пульте управления размещены:

      а) силоизмерительное устройство (насосная установка 14) с централизованным управлением;

      б) силоизмерительное устройство (динамометр 20).

      Маятниковый силоизмеритель 16 представляет собой  штангу с грузами,  закрепленную на оси.  На той же оси эксцентрично закреплены тяги 17,  связанные внизу  поперечиной,  на которую своим  коническим концом опирается плунжер  цилиндра маятникового силоизмерителя 15.  Изменение давления в рабочем  цилиндре машины,  связанном с  цилиндром маятникового силоизмерителя при помощи маслопровода,  передается плунжеру силоизмерителя.  Плунжер,  воспринимающий давление в системе,  при своем перемещении вызывает посредством тяг 17 поворот рычага 18 и штанги маятника в пределах 45⁰.  К рычагу 18 силоизмерителя крепится толкатель,  который при повороте оси штанги ведет рейку 19.  Рейка 19 опирается на два поддерживающих ролика.  Через рейку маятниковый силоизмеритель связан со шкалой 20 и диаграммным аппаратом 21.  На втулке шестерни установлена рабочая стрелка,  которая при вращении по направлению часовой стрелки ведет контрольную стрелку,  а при возврате останавливает ее на максимально достигнутом угле поворота.  Диаграммный аппарат 21 представляет собой барабан с намотанной бумажной лентой для диаграммной записи.  Под барабаном движется конец рейки с пером.  На внешнем торце по ободу сделана проточка.  При испытаниях на растяжение на проточку барабана диаграммного аппарата набрасывается петлей нитка с грузом,  конец которой через ролики закрепляется на крючке подвижной траверсы 6.  При испытаниях образец деформируется.  За счет перемещения траверсы нитка разматывается с барабана,  чем и осуществляется принудительное вращение барабана.  Над вращающимся барабаном,  как сказано выше,  движется прямолинейно конец рейки с пером,  которое и записывает зависимость деформации от нагрузки,  называемую диаграммой растяжения.

      Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали (например  стали Ст3) изображена на рис. 7.

     

     Рис. 7.

      На  участке АО удлинения линейно  зависят от растягивающей силы.  Зона работы материала,  характеризующаяся  линией ОА,  соответствует упругой  стадии.  Материал в этой стадии испытывает только упругие деформации,  такие  которые исчезают после снятия нагрузки.  Ордината т.А - Р_п - называется силой,  соответствующей пределу пропорциональности.  Выше т. А прямая пропорциональность между нагрузкой и деформациями нарушается, рост нагрузки замедляется и вскоре совсем прекращается (т. В.).