GDAŃSK 20.10.1997

MECHANIKA BUDOWLI

LABORATORIUM

ĆWICZENIE   nr 2

TEMAT:

PRÓBA STATYCZNA ŚCISKANIA METALI

WYKONALI:                                                                        PROWADZĄCY:    

PAWEŁ PIOTRKOWSKI                                                                          DR  R. JANKOWSKI

KRZYSZTOF BOGDZIEWICZ

SPRAWOZDANIE

1.1:CEL ĆWICZENIA

    Próba statyczna ściskania ma podobnie jak w ćwiczeniu 1 za zadanie  wykazać i potwierdzić cechy normowe danego materiału . Dzięki przeprowadzonemu doświadczeniu jesteśmy w stanie określić wytrzymałościowe i plastyczne właściwości badanej próbki , a także różnice oraz cechy wspólne charakteryzujące materiały plastyczne i kruche .

1.2 SPOSÓB WYKONANIA :

     Do przeprowadzenia badania używamy tej samej maszyny wytrzymałościowej , która została wykorzystana w ćwiczeniu nr 1.Przy pomocy wyżej wymienionej maszyny możemy   działać na wybrane przez nas próbki  powolnie wzrastającą siłą ściskającą badany materiał .Do próby wykorzystaliśmy dwa stopy metali - w doświadczeniu pierwszym był to stop aluminium  ( o właściwościach plastycznych ), natomiast w doświadczeniu drugim stop duraluminium ( o właściwościach ciała kruchego ) .

      Doświadczenie nr1 prowadzimy do chwili osiągnięcia maksymalnej ( potrzebnej w doświadczeniu ) wartości .

      Doświadczenie nr 2   przeprowadzamy  do chwili zniszczenia ( pęknięcia ) próbki .

      Następnie na podstawie poczynionych przez nas obserwacji w trakcie trwania ćwiczenia oraz dzięki odczytom  z wykresu roboczego , sporządzonego przez urządzenie samopiszące  formułujemy niżej przedstawione wnioski .

2.OPIS PRÓBKI :

      W obydwu doświadczeniach wykorzystaliśmy próbki o jednakowych parametrach , które w wyglądzie przypominają walec . Parametry próbek ;

- wysokość   H0  = 1.5 d0 = 30 [mm]

- średnica      d0 =  20 [mm] 

. WYKRES ROBOCZY  - został zawarty w załączniku  nr 1

. OBLICZENIA :

Próba nr 1 - ALUMINIUM

        Dane :                                                                                                         Szukane :

                                                                                                    RHc , R0.01 , R0.2 , ReC , E

FHc     = 39,00  [ kN ]                               RHc   = FHc / S0     = 124140000,86 Pa = 124,14 MPa

F0,01   = 41,00  [ kN ]                              R0,01 = F0.01 / S0= 130510000,00 Pa = 130,51 MPa

Fec     = 48,00  [ kN ]                               ReC =FeC / S0   = 152790000,00 Pa = 152,79 MPa

E = DR / De                                         

                                                        Dla wyznaczenia E odczytano z wykresu zmianę odkształceń

                                                            przy zmianie sily w zakresie 12-36 KN (DF=24KN).Zmiana długości                    

                                                            wyniosła 0,2mm (Dl=0,2mm). Jako , że E = DR/De ,obliczono DR i De

                                                                                  jako : D R = DF/S   i   De  = Dl/DL .

                                                                                                                    stad :

                                                                  E =11459100000 KN/m2.= 11,46 GPa .

                                 Próba nr 2 - DURALUMINIUM

        Dane :                                                                                                         Szukane :

                                                                                                 RHc , R0.01 , R0.02 , RC , E , Ac

FHc     = 131,00  [ kN ]                             RHc   = FHc / S0     = 417000000,00 Pa = 417,00 MPa

F0,01   = 138,00  [ kN ]                            R0,01 = F0.01 / S0= 439270000,00 Pa = 439,27 MPa

F0,2    = 159,00  [ kN ]                             R0,2 =F0.2 / S0   = 506110000,00 Pa = 310,11 MPa

Fc     = 366,00  [ kN ]                                ReC =FeC / S0   = 116501000,00 Pa =1165,01 MPa

E = DR / De                                         

                                                        Dla wyznaczenia E odczytano z wykresu zmianę odkształceń

                                                            przy zmianie sily w zakresie 25-100 KN (DF=75KN).Zmiana długości                    

                                                            wyniosła 0,8mm (Dl=0,3mm). Jako , że E = DR/De ,obliczono DR i De

                                                                                  jako : D R = DF/S   i   De  = Dl/DL .

                                                                                                                    stad :

                                                                  E =23873242 KN/m2.= 23,87 GPa .

H0 = 30    [mm]                                                   AC = ( H0 - Hu ) / H0  100%

Hu = 23.5 [mm]

                                                                            AC = 21,67 %

6.CZĘŚĆ  STUDIALNA

              Badanie wykonywaliśmy w celu określenia właściwości stali ściskanej  .W tym celu  specjalnie przygotowane próbki umieściliśmy w prasie ściskającej, która powodowała powolny przyrost siły ściskającej ,aż do wartości takiego obciążenia ,które spowodowało w przypadku pierwszej próbki sprasowanie jej "na plasterek" a w przypadku drugiej próbki zniszczenie jej  . Urządzenie wytrzymałościowe podczas próby rozciągania sporządzało wykresy funkcji , gdzie na  rzędnej odkładana jest siła (KN) , a na odciętych przemieszczenie (mm) . Kopię wykresów załączyliśmy do sprawozdania . Na podstawie tych wykresów  można wysnuć pewne wnioski .    

         Na wykresach widoczne są pewne punkty charakterystyczne , które są granicami pewnych właściwości stali z której wykonana jest próbka .

         Granicą proporcjonalności  obydwu wykresach jest punkt oznaczony na kopii wykresu jako punkt (H).Z tym , że dla stali kruchej punkt ten wyznaczamy umownie . Do tego miejsca wykresy są liniowe oprócz początkowej części kiedy trwał rozruch maszyny wytrzymałościowej . Wykresy  w tych częściach wskazują na proporcjonalny charakter przyrostu obciążeń w stosunku do przyrostu odkształceń .Jest to zakres stosowalności prawa Hooke`a  .

          Następnym -niewyraźnym  dla obydwu próbek - jest punkt określający granicę sprężystości

Punkt ten wyznaczamy umownie zarówno dla stali miękkiej jak i twardej .Punkt ten wyznaczamy  następująco : na osi odciętych odkładamy odcinek równy wydłużeniu trwałemu l=0,01% l0 Następnie przez wyznaczony w.w.  punkt poprowadziliśmy prostą równoległą do prostoliniowej części wykresu ściskania . Prosta  ta przecina wykres ściskania w punkcie , którego rzędna jest równa umownej granicy sprężystości . Tuż po przekroczeniu tego punktu wykres dla obydwu próbek odbiega od poprzedniej części co odczytujemy jako powstawanie trwałych odkształceń . Dla stali miękkiej wykres dalej zmienia się nie liniowo i znacznie różni się w tej części od wykresu dla stali  twardej . Interpretujemy to jako znaczny przyrost odkształceń przy niewielkim przyroście obciążenia .Natomiast dla stali twardej przy dalszym obciążaniu wykres nieznacznie odbiega

od granicy plastyczności co wskazuje na niewielki przyrost odkształceń trwałych w stosunku do obciążenia .

          Dalej następuje wyraźna zmiana wykresu dla  próbki  ze stali miękkiej . Punkt zmiany wykresu dla w.w. probki  określa granicę plastyczności po przekroczeniu której próbka ulega skróceniu bez przyrostu obciążeń .Dla stali twardej na wykresie nie jest wyraźnie widoczny ten punkt , dlatego wznaczyliśmy go umownie ,podobnie jak granicę sprężystości , z tym , że teraz na rzędnych odkładaliśmy odkształcenie równe 0,2 % .

          Próbkę ze stali miękkiej ściskaliśmy do miejsca w którym na wykresie widoczne jest, że krzywa dąży do pewnej asymptoty co świadczy o tym , że próbka nie ulegnie zniszczeniu ale co najwyżej skróceniu ( odkształceniu ) . Asymptota ta jest równoległa do osi sił i oddalona od niej o mniej więcej tyle ile wynosił jej macierzysty wymiar .

          Inaczej to wygląda dla próbki ze stali twardej . Przy dalszym ściskaniu począwszy od granicy plastyczności wykres coraz bardziej się zakrzywiał aż do punktu w którym nagle się urywa                                                                                                      ( w towarzystwie huku ) co świadczy o zniszczeniu próbki .

          Zniszczona próbka doznała ścięcia . Sciecie to było poprzedzone trwałymi odkształceniami , opisanymi wyżej i spowodowane było naprężeniami stycznymi występującymi w przekrojach nachylonymi pod kątem 45 st. do kierunku naprężeń głównych . Pęknięcie poślizgowe zaszło pod kątem zbliżonym do nachylenia w.w. przekrojow .

PORÓWNANIE WYNIKÓW Z DANYMI NORMOWYMI

UWAGA: W ćwiczeniu wyniki obliczenia modułu Younga nie zgadzają się z normowymi. Może to być spowodowane domieszkami, złym wyskalowaniem maszyny. Powodem może być również i najprawdopodobniej jest to, że obliczenia są niedokładne (nie uwzględniają wyboczenia zmiany kształtu - średnicy), jest to próba statyczna zwykła (moduł Younga wyznacza się w próbie statycznej ścisłej - przyłożone są znacznie mniejsze siły i odkształcenia i wyboczenia są niewielkie (wyboczenia nie ma prawie w ogóle).