Лабораторна робота №2.

ДОСЛІДЖЕННЯ РІЗНИХ МАТЕРІАЛІВ НА СТИСК

Мета роботи: Ознайомлення з методами дослідження різних матеріалів на стиск і визначення механічних характеристик при цьому виді випробувань.

Обладнання, прилади та інструменти: випробувальна машина Р-5, штангенциркуль, міліметровий папір, олівець, лінійка, зразки різних матеріалів.

 

1. Короткі теоретичні відомості.

Випробування на стиск застосовується в першу чергу для визначення механічних характеристик крихких і напівкрихких матеріалів, таких, як, на­приклад, різні силікатні матеріали, натуральні камені, чавун, а також деревина. Зразки для випробування на стиск силікатних матеріалів і дерева мають форму кубиків стандартних розмірів (рис.1 б, в),які залежать від виду матеріалів, або призм прямокутного перерізу. Зразки для випробування металів виготовляють у формі циліндрів діаметром 10-30 мм і висотою порядку двох-трьох діаметрів (рис.1 а). Невелика висота зразків необхідна з огляду на можливість поздовжнього згину зразків великої висоти.

Недоліком випробування на стиск є трудність одержання однорідних де­формацій по висоті зразка. Пояснюється це тим, що між плитами преса і торце­вими поверхнями зразка виникають сили тертя, які утруднюють його поперечні деформації. Внаслідок цього поперечне розширення зразка неоднакове по його висоті: посередині висоти воно найбільше, біля кінців - найменше. Це приво­дить до того, що стиснуті зразки пластичних і напівкрихких матеріалів набува­ють бочкоподібної форми (рис. 1 а).

При стиску зразків крихких матеріалів наприклад бетону, цементних роз­чинів, при їх руйнуванні утворюються звичайно дві з’єднані вершинами пірамі­ди, основи яких опираються на плити преса (рис. 1 б). Сили тертя на опорних поверхнях зразка впливають не лише на характер його руйнування, але призво­дять до збільшення, руйнівного навантаження, а тим самим до неправильної оцінки міцності матеріалу.

Тертя на торцях зразка можна зменшити різними способами, наприклад змазуванням його опорних поверхонь або застосуванням тонких металевих, зокрема свинцевих, прокладок. При цьому деформації зразка стають більш од­норідними по його висоті: наприклад, чавунний зразок зберігає свою цилінд­ричну форму до самого руйнування. Зменшення сил тертя на торцях бетоних і цементних зразків призводить до того, що такі зразки руйнуються внаслідок утворення поздовжніх тріщин, паралельних напрямові дії сили (рис. 1 в).

1.1.Дослідження сталі.

Зразки для дослідження сталі на стиск виготовляються у вигляді цилінд­рів круглого перерізу з відношенням висоти до діаметра не більше 2. Вказане обмеження висоти необхідне для попередження можливого викривлення зразка по його довжині. Для зменшення впливу сил тертя, що виникають між торцями зразка і плитами випробувальної машини, торцеві поверхні зразка змащують або встановлюють м’які прокладки. Найважливішим результатом випробування на стиск пластичних матеріалів, наприклад м’якої сталі, є встановлення факту, що границі пропорціональності, пружності і текучості таких матеріалів при стиску і розтягу є практично однаковими (рис. 2). Модуль Юнга для таких ма­теріалів однаковий і не залежить від виду випробувань. Лише при напружен­нях, вищих від границі текучості, умовні діаграми розтягу і стиску значно відрізняються.

Форму зразка до і після дослідження необхідно зарисувати. Обчислити границю текучості при стиску по формулі:

де Р_Т.ст. - навантаження, що відповідає границі текучості матеріалу при стиску;

S₀ - площа поперечного перерізу зразка до дослідження.

1.2. Дослідження сірого чавуну.

Випробування чавуну дає можливість визначити границю міцності при стиску. Характерною ознакою усіх крихких матеріалів є значно вища границя міцності матеріалу при стиску , порівняно з границею міцності при розтя­гу (це схематично показано на рис. 3). Крихкі матеріали на стиск працю­ють краще ніж на розтяг. Так длячавуну (в 4 - 10 разів).

Розміри зразків: діаметр від 10 до 25 мм, висота від 1 до 3 діаметрів.

Під час випробування по шкалі силовимірного пристрою зафіксувати най­більше навантаження Р_{В. ст}. в момент руйнування зразка. Визначити характер

розподілу тріщин у зразку. Зарисувати форму зразка до і після руйнування та визначити границі міцності за формулою:

де Р_{В. ст.} - найбільше навантаження;

S₀ - площа поперечного перерізу зразка до випробування.

На рис.3 зображена характерна для сірого чавуну діаграма стиску.

1.3. Дослідження цементу.

Цемент руйнується крихко. Характерна для крихкого матеріалу діаграма показана на рис. 4. Дослідження крихких матеріалів проводиться на зразках, що мають форму кубиків. Внаслідок того, що при дослідженні зразків різних роз­мірів, виготовлених із одного і того ж крихкого матеріалу одержуються різні результати (вплив масштабного фактора) розміри кубиків нормуються:

для гірських порід 10х10х10 см;

для бетону 20х20х20 см;

для цементу 7х7х7 см.

Цементний розчин, з якого виготовляють кубики, містить цемент і пісок у ваговому співвідношенні 1:3.

В результаті дослідження визначається границя міцності цементу.

1.4. Дослідження деревини.

Величина механічних характеристик деревини в значній мірі залежить від породи деревини, ступеня вологості, наявності дефектів і цілого ряду інших факторів.

Волокна деревини утворені органічними клітинами, які між собою зв’я­зані міжклітинною речовиною, міцність якої значно нижча від міцності клітин.

 

Волокниста будова деревини створює анізотропію матеріалу. В таких матеріа­лах їх властивості в різних напрямах різні. Внаслідок анізотропії механічні ха­рактеристики деревини різні при випробуванні вздовж і впоперек волокон, цим і обумовлюється та обставина, що границя міцності деревини при випробуванні впоперек волокон нижча, ніж границя міцності при випробуванні вздовж воло­кон (у 8-10 разів).

Для дослідження застосовують дерев’яні кубики 2х2х2 см. Характерні діаграми стиску деревини вздовж і впоперек волокон наведені на рис.4, де кри­ва 1 відповідає стиску вздовж волокон, а крива 2 - впоперек волокон.

В результаті випробування визначають границю міцності деревини. При стиску впоперек волокон за руйнівну силу Р_В' умовно приймають силу, при дії якої деформація зразка по висоті досягає 1/3 початкової величини.