Формы и размеры образцов

При испытании на сжатие пользуются образцами небольшой высоты, которые сжимают между плоскими плитами испытательной машины. При испытании приходится считаться с силами трения, возникающими между торцами образца и плитами машины, и возможностью изгиба образца. Влияние сил трения уменьшается с увеличением высоты образца, но во избежание искривления необходимо применять короткие образцы.

Для испытания установлены такие формы образцов, которые позволяют уменьшить искажение результатов испытания от изгиба.

Образец из пластических материалов при сжатии приобретает слегка бочкообразную форму из-за сил трения, между торцами образца и опорными плитами, так как силы трения препятствуют слоям, лежащим близко к опорам, расширяться в поперечном направлении. Влияние трения можно уменьшить путем смазки опорных поверхностей или применением образцов специальной формы.

На рис.8 показан образец в виде толстостенного полого цилиндра. Сжатие образца производится коническими опорами. Угол при вершине конуса 2 выбирают в зависимости от коэффициента трения f материалов опор и образца: .

Сжатие образца происходит таким образом, что цилиндрическая форма сохраняется до момента разрушения.

Для металлов применяют цилиндрическую форму образцов с соотношением длины образца l к его диаметру d от 1 до 3: l=(1…3)d. При испытании на сжатие дерева, цемента, бетона применяют образцы в виде куба. Размеры испытуемых образцов определяют в зависимости от предельной нагрузки, которую может обеспечить испытательная машина.

 

Испытательные машины

испытание на сжатие проводят на универсальной испытательной машине Р-10, УМ-5, Р-5, прессе ПСУ-125 и др. Предельная нагрузка на Р-10 — 100 кН, а на прессе ПСУ-125 — 1250 кН.

Пресс ПСУ-125 представляет собой установку (см. рис. 9), состоящую из нагружающего устройства 1 и пульта управления 2. Нагружающее устройство предназначено для деформирования и разрушения испытуемого образца.

Пульт управления служит для управления процессом нагружения образца и контроля за величинами нагрузок и деформаций. Пульт управления включает насосную установку и силоизмерительную головку. нагружающее устройство и пульт управления соединяются трубопроводом.

Нагружающее устройство представляет собой неподвижную раму, состоящую из станины 3 и поперечины, соединенных между собой двумя резьбовыми колоннами. По колоннам вертикально вверх и вниз движется траверса 4. Перемещение подвижной траверсы по резьбам колонн осуществляется от электродвигателя с помощью червячно-винтовой передачи и служит для установки необходимого рабочего пространства в зависимости от высоты испытуемого образца.

Управление перемещением траверсы осуществляется с помощью переключателя 5, установленного на корпусе электрошкафа.

В центральной части станины расположен цилиндр пресса, в котором перемещается плунжер. Под действием давления масла в цилиндре плунжер перемещается вверх. Подвижные части пресса опускаются вниз под действием собственного веса.

Верхняя сменная плита 7 связана с подвижной траверсой с помощью самоустанавливающейся сферической опоры, обеспечивающей осевое приложение нагрузки к образцу.

 

 

Рисунок 8. Испытание трубчатого образца на сжатие коническими опорами

 

 

Рисунок 9. Гидравлический пресс ПСУ-125

1 — нагружающее устройство, 2 — пульт управления, 3 — станина, 4 — траверса,
5 — переключатель управления траверсой, 6 — нижняя плита, 7 — верхняя плита,
8 — регулятор скорости деформирования, 9 и 10 — кнопки включения и выключения насоса, 11 — маховик, 12 — образец, 13 — выключатель

 

 

Порядок проведения испытаний

1. Перед началом испытаний изучить устройство, принцип работы и органы управления гидравлического пресса ПСУ-125.

 

2. Определить цену деления силоизмерительного устройства и записать её. Записать размеры образца.

 

3. Установить образец по центру плиты. Деревянный образец при испытании на сжатие поперёк волокон располагать обязательно так, чтобы срез поперёк волокон был направлен на исследователя.

 

4. Поворотом рычага 13 включить установку. Вращением маховика 8 установить нужную скорость деформирования.

 

5. Поворотом рычага 5 против часовой стрелки опустить верхнюю плиту на необходимую величину. Между плитой и образцом должен оставаться небольшой зазор. Сжимать образец траверсой категорически запрещено, так как это может привести к поломке механизма привода.

 

6. Нажатием кнопки 9 включить насос и поворотом по часовой стрелке маховика 11 перекрыть сброс масла, направив его в гидроцилиндр пресса. В случае перекашивании плит 6 и 7, включить насос кнопкой 10, отвернуть маховик 11, поворотом рычага 5 поднять верхнюю плиту и сместить в нужном направлении образец на плите.

 

7. Величину деформации при сжатии определяют по линейке, прикреплённой к верхней плите. При сжатии образца поперёк волокон подсчитывают, на какую величину должен был деформироваться образец, и отмечают это значение на линейке. При достижении нижней плитой этой отметки, фиксируют значение нагрузки на силоизмерительном аппарате.

При сжатии чугунного образца и деревянного вдоль волокон предельная разгрузка фиксируется по стрелке силоизмерительного устройства. Она в момент разрушения образца дрогнет и несколько опадёт. В этот момент необходимо резко отвернуть моховик 11, сбросив давление масла в цилиндре с тем, чтобы не производить вторичного разрушения образца.

При сжатии стального образца предел текучести обнаружить, как правило, не удаётся, поэтому сжатие производится до усилия 100 кН.

 

8. Выключить насос нажатием кнопки 10, отвернуть против часовой стрелки маховик 11, поднять поворотом рычага 5 траверсу 4.

 

9. Вынуть образец, выключить установку поворотом рычага 13.

 

10. Замерить и зарисовать образец после деформации.

 

11. Оформить отчёт по прилагаемой форме.

Форма отчёта

Лабораторная работа №2.

Тема:

Цель работы:

1. Эскиз образца из пластического материала до и после деформации.

2. Диаграмма сжатия стали.

3. Вычисление предела текучести. Если его определить не удалось, то вычислить максимальное напряжение, испытанное образцом.

4. Эскиз образца чугуна до и после деформации.

5. Диаграмма сжатия чугуна.

6. Вычисление предела прочности чугуна на сжатие.

7. Эскизы образцов из дерева до и после разрушения.

8. Вычисление пределов прочности дерева вдоль и поперёк волокон.

9. Сравнить полученные данные со справочными (см. табл. 2,3,4).

10. Результаты испытаний занести в таблицу 1.

 

Таблица 1.

Размеры образца и результаты испытаний	материал
			Дерево
	сталь	чугун	вдоль волокон	поперек волокон
Размеры поперечного сечения образца, мм
Площадь поперечного сечения образца, м2
Нагрузка, соответствующая текучести, кН
Наибольшая нагрузка, кН
Предел текучести или максимальное напряжение, МПа
Предел прочности, МПа

 

11. Выводы.

 

Контрольные вопросы.

1. Какие механические характеристики можно определить при испытании пластических материалов на сжатие?

 

2. Какие механические характеристики можно определить при испытании хрупких материалов на сжатие?

 

3. Для каких материалов испытание на сжатие имеет большое практическое значение?

 

4. Чем обусловлены небольшие размеры образцов при испытании на сжатие?

 

5. Каким способом можно уменьшить влияние сил трения между торцами образца и опорными плитами?

6. Чем отличаются первоначальные участки диаграммы сжатия чугуна от стали?

7. Чем объясняется разрушение чугунных образцов по плоскости, проходящей под углом к оси образца?

8. В каком направлении дерево прочнее при сжатии?

9. Можно ли довести до разрушения деревянный образец нагрузкой, направленной поперек волокон?

10. Что можно сказать о свойствах материала образца, если при испытании на сжатие он приобрел бочкообразную форму? Чем объясняется это явление?

11. Нужно ли измерять размеры поперечного сечения образца после разрушения для вычисления предела прочности?

12. Почему при испытании на сжатие применяют шаровую опору?

 

 

Таблица 2. Предел прочности при сжатии вдоль волокон для основных пород дерева, МПа

 

ПОРОДА	Предел прочности
Сосна обыкновенная
Ель обыкновенная
Ель сибирская
Лиственница сибирская
Ясень европейский
Дуб
Бук
Береза обыкновенная
Липа мелколистная

 

 

Таблица 3. Предел прочности чугуна при сжатии, МПа

 

Марка чугуна
Сч 15
Сч 35
Сч 12-28

 

 

Таблица 4. Предел текучести сталей при сжатии, МПа

 

Марка сталей
Ст.2
Ст.5
Ст.50г
Ст.40Х
Ст.30ХГС