РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

По дисциплине: _ Материаловедение. _ Технология _ конструкционных _ материалов _

_______________________________________________________________________

На тему ________________________________________________________________

(наименование темы)

_______________________________________________________________________

Отметка о зачете______________________________ ________________

(дата)

Руководитель практикума ____________ ____________ ____ Е.В. _ Дьякова __

(должность) (подпись) (и., о., фамилия)

Архангельск

ЛИСТ ЗАМЕЧАНИЙ

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1…………………………………………….

2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2…………………………………………….

3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3…………………………………………….

4 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БУМАГИ ДЛЯ КСЕРОКОПИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ РОССИИ И АВСТРИИ. ВАРИАНТ № 1...

5 МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ...............................................................

6 ЗАДАЧА.....................................................................................................................

7 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………

1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Испытание материалов на растяжение.

Цель работы — получить информацию о механических свойствах материала.

1.1 Оборудование.

Лабораторный испытательный комплекс, включающий вертикальную разрывную машину ИП 5158-0, 5Б и ПЭВМ.

1.2 Подготовка к испытанию.

Для испытаний нарезают образцы шириной (15±0, 1) мм. Испытывают 5 образцов во взаимно перпендикулярных направлениях (для целлюлозно-волокнистых материалов машинное и поперечное направление). Предварительно измерить толщину образца в трех точках.

1.3 Проведение испытания.

1. Включить разрывную машину, запустить программу KOMPLEX;

2. Ввести данные, создать файл для записи данных;

3. Вставить образец в зажимы разрывной машины;

4. Нажать кнопку «ИСП» на клавиатуре разрывной машины;

5. Проверить правильность испытаний: произошло ли разрушение образца на части так, чтобы линия разрыва была расположена на расстоянии более 10 мм от зажимов;

6. На ЭВМ нажать кнопку «ИСПЫТАТЬ».Появится окно «Передайте данные»;

7. Передать данные с разрывной машины на ЭВМ кнопкой «8», затем « ‌ ‌ ‌ ‌»;

8. На ЭВМ в окне «Испытание образца №1» просмотреть данные по испытанному образцу и нажать кнопку «ОК». В главном окне появится график «нагрузка-удлинение» (P - ∆ l) для испытанного образца;

9. Сохранить данные в файле, для чего в главном окне программы на ЭВМ нажать кнопку «ЗАПИСАТЬ»;

10. Для расчетов разрывной длины часть образца, участвующая в испытании, взвешивается, масса образца (мг), заносится в окно.

Таблица 1 – Измеренная толщина для двух направлений

Расчетные данные прилагаются.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Испытание материалов на изгиб.

Цель работы: измерить силу, приложенную к свободному концу консольно закреплённого образца на постоянном расстоянии от линии закрепления, изгибающую его на определённый угол.

Оборудование для испытаний.

Прибор Бюхеля 116-BD – предназначен для исследования эластичных материалов, металлических листовых материалов, а также тел, имеющих в сечении круг при максимальной нагрузке не более 1000 кН.

Подготовка к испытанию.

Вырезают образцы в двух взаимно перпендикулярных направлениях шириной (38, 0 + 0, 2) мм и длиной 90 мм. Количество образцов одной серии – 5 шт. Измеряют толщину образцов в двух точках по двум направлениям. Результаты измерений заносят в таблицу 1.

Таблица 1 – Толщина образцов

Расчётные данные прилагаются.

3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Определение вязкости разрушения

3.1 Аппаратура для проведения испытания

Разрывная машина, снабжённая зажимами, позволяющими испы­тывать образцы шириной 15 и 50 мм.

Пластины, предотвращающие изгиб образца, сохраняют плос­кую поверхность надрезанных испытуемых образцов в процессе испыта­ния. Пластины имеют две параллельные и гладкие поверхности с низким трением и охватывают длину 30 мм и всю ширину в центре испытуемого образца.

Компьютер –– используется для выполнения расчетов.

3.2 Подготовка к проведению испытания.

Для определения трещиностойкости бумаги и картона, проводятся две серии испытаний на растяжение с постоянной скоростью на разрывной машине ИП5158-0, 5Б (см. выше) при скорости растяжения 100 мм/мин, и расстоянии между зажимами разрывной машины 100 мм. В первой серии испытываются образцы, шириной 15 мм, во второй - образцы, шириной 50 мм, с надрезом в центре, длиной 20 мм перпендику­лярно продольной оси образца. Данные, полученные при этих испытаниях, записываются в файлы, которые используются при проведении расчетов на трещиностойкость. Расчеты производятся на компьютере по специально разработанной программе J-INTEGRAL. По результатам испытаний устанавливается связь между величиной j-интеграла и удлинением. По экспериментальным данным испытаний на трещиностойкость определяется критическое удлинение. По значе­нию критического удлинения определяется критическая величина j-интеграла, которая является характеристикой трещиностойкости.

3.3 Проведение испытания

Испытание на растяжение. Целью испытания на растяжение является построение типичной средней кривой нагрузка-удлинение, по которой рассчитываются параметры материала. Испытываются образцы материала, шириной 15 мм, вырезанные в машинном (MD) и поперечном машинному (CD) направлениях, или из лабораторных отливок.

Испытание на трещиностойкость. Перед испытанием на образец с надрезом устанавливают пластины, предотвращающие изгиб образца. Испытания проводят до получения не менее 5 удовлетворительно сходящихся результатов для образцов в машинном (MD), в поперечном машинному (CD) направлениях.

Расчетные данные прилагаются.

4 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БУМАГИ ДЛЯ КСЕРОКОПИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ РОССИИ И АВСТРИИ. ВАРИАНТ № 1.

4.1 Задание

а) рассчитать основные структурно-размерные характеристики исследуемых материалов;

б) преобразовать кривую зависимости Р – Δ l в интегральную зависимость σ – ε;

в) исходя из кривых зависимости σ – ε рассчитать деформационные и прочностные характеристики исследуемых материалов;

г) произвести статистическую обработку результатов вычисления;

д) дать сравнительную характеристику исследуемых материалов.

4.2 Преобразование диаграмм Р – Δ l в интегральную зависимость σ – ε

Исходные данные для расчета:

а) материал:

бумага для ксерокопирования, масса 80 г/м², направление испытания – машинное, производитель Россия;

бумага для ксерокопирования, масса 80 г/м², направление испытания – машинное, производитель Австрия;

б) размер образцов: ширина (b) 15 мм; активная длина (l₀) 100 мм.

в) структурно-размерные показатели образцов (таблица 6)

4.3 Расчет для бумаги обоих производителей

Таблица 6 – Структурно-размерные характеристики образцов (Россия)

Таблица 7 - параметры образцов (Австрия)

4) результаты испытания на растяжение (таблицы 8 – 9)

Таблица 8 - Значения нагрузки Р и удлинения Δ l (Россия)

Таблица 9 - Значения нагрузки Р и удлинения Δ l (Австрия)

Указанные выше расчеты производят для каждой точки по каждому из параллельных определений в серии образцов.

; (7)

%, (8)

где σ – напряжение, Па

ε – деформация, %

Р _i – текущая нагрузка, Н;

δ _ср– средняя толщина образца, м;

b– ширина образца, м;

Δ l_i – текущее удлинение образца, мм;

l₀ – длина образца до испытания, мм.

Результаты расчета сводят в табл. 10-11, по полученным данным строят графики (рисунки 1, 2)

Таблица 10 – Текущие значения напряжений и деформаций для российской бумаги

Далее строим график зависимости «напряжение – деформация» для 5 параллельных определений серии образцов материала

Рисунок 1 – Зависимость «напряжение – деформация» для 5 параллельных

определений серии образцов материала (Россия)

Аналогичные действия проводим также относительно бумаги австрийского производства.

Таблица 11 - Текущие значения напряжения и деформации для австрийской бумаги

Рисунок 2 – Зависимость «напряжение – деформация» для 5 параллельных определений серии образцов материала (Австрия)

Далее выполним статистическую обработку полученных результатов. В данном случае задачами статистической обработки являются:

расчет и построение средней кривой зависимости σ – ε;

обработка средней кривой и расчет средних значений характеристик деформации и прочности в ключевых точках кривой;

расчет таких статистических показателей, как среднее квадратическое отклонение и коэффициент вариации.

Расчет средней кривойначинают с перевода абсолютных величин текущих значений напряжений и деформаций в относительные.

Величины разрушающего напряжения и деформации принимают за 100 %. После чего абсолютные значения текущих характеристик, представленных в табл.4-5, пересчитывают в относительные по уравнениям:

ε _{i отн} , (9)

σ _{i отн} ; (10)

где σ _р, ε _р - разрушающее напряжение и деформация соответственно;

σ _i, ε _i - текущее напряжение и деформация соответственно.

В результате таких расчетов получают ряд относительных значений длякаждого образца, которые для удобства сводят в таблицы 12-13.

Таблица 12 – Относительные величины текущих значений кривой σ –ε для материала (Россия)

Таблица 13 – Относительные величины текущих значений кривой σ –ε для материала(Австрия)

Следующий шаг – усреднение относительных текущих значений в каждой точке. Это дает ряд относительных текущих значений, характеризующих среднюю кривую (таблицы 14-15).

Таблица 14 – Усредненные относительные величины текущих значений материала(Россия)

Таблица 15 – Усредненные относительные величины текущих значений материала(Австрия)

Разрушающие значения напряжения и деформации усредняют по абсолютным значениям. Таким образом, для исследуемого материала российского производства имеем:

σ _{ср.разр.=} МПа;

ε _{ср.разр=} %.

Для австрийского аналога:

σ _{ср.разр.=} МПа;

ε _{ср.разр=} %.

Далее производят пересчет относительных значений в абсолютные:

σ _ср.= σ _{ср.отн·} σ _{ср.разр} (11)

ε _ср.= ε _{ср.отн·} ε _{ср.разр} (12)

По полученным данным (таблицы 16-17) строят среднюю кривую σ -ε (рисунки 3–4)

Таблица 16 – Расчетные значения средних кривых σ – ε (Россия)

Таблица 17 – Расчетные значения средних кривых σ – ε (Австрия)

Обработка зависимости σ – ε и расчет деформационных и прочностных характеристик

Обработку кривой проводят по следующему алгоритму:

Построить касательную к первоначальному прямолинейному участку кривой.

Отметить т. 1, где касательная линия и кривая зависимости σ – ε начинают расходится.

Построить касательную к конечному прямолинейному участку кривой и отметить т. В, где касательная линия и кривая зависимости σ – ε начинают расходится.

Из точек 1 и В опустить перпендикуляры на ось Х и выделить три зоны деформирования материала.

Из точки пересечения касательных опустить перпендикуляры на кривую по осям Х и Y, отметив на кривой соответствующие точки Э и П.

В результате обработки средней кривой появляется возможность оценить все основные характеристики упругости и прочности материала в разных зонах деформации. Однако ограничимся только некоторыми из них: рассчитаем разрывную длину материала L и модуль упругости в зоне упругих деформаций Е₁:

; (13)

где Р – усредненная разрушающая нагрузка, Н;

l₀ – начальная длина образца перед испытанием, м;

m – усредненная масса образцов, г.

, (14)

где σ ₁, ε ₁ – значения напряжения и относительного удлинения соответственно, отвечающие точке 1 на рисунке 3 или 4 в зависимости от производителя материала

Для российской бумаги:

м

МПа

Для австрийского аналога:

м

МПа

Вывод:

5 МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ. ВАРИАНТ №1.

АЛ 22 – алюминиевый литейный сплав с порядковым номером 22;

Д 16 – дуралюмин с порядковым номером 16;

КЧ 37-12 – ковкий чугун, характеризующийся пределом прочности при растяжении 37 10^-1 МПа и относительном удлинении 12 %;

СЧ 30 – серый чугун, характеризующийся пределом прочности при растяжении 30 10^-1 МПа;

Бр О12С18 – бронза, литейная, оловянная, содержащая в среднем 12 % олова и 18 % свинца;

Сталь У7А – инструментальная, углеродистая, высококачественная, содержащая 0, 7 %;

Сталь 30Л – углеродистая, качественная, конструкционная, литая, содержащая в среднем 0, 3 % углерода;

Сталь 30ХН2МФЛ – легированная, конструкционная, литая, содержащая 0, 3 % углерода, 1 % хрома, 2 % никеля, 1 % молибдена, 1 % ванадия;

АМц 18 – сплав для сварных конструкций алюминиево – марганцевый с порядковым номером 18;

АМц 8 – сплав для сварных конструкций алюминиево – марганцевый с порядковым номером 8.

6 ЗАДАЧА

Рассчитать предел прочности алюминия на растяжение, если при испытании образца диаметром 10 мм получили нагрузку 785 кгс. Расчеты произвести в системе СИ.

Решение:

(15)

где σ _Т – предел прочности;

P _раст – нагрузка, Н;

F₀ – начальная площадь образца, м².

=0, 0785∙ 10³ м²

Переведем значение растягивающей нагрузки Р _раст в единицы СИ Р _раст=785 ∙ 9, 81=7700, 85 Н,

σ _Т = 7700, 85 / 0, 0785∙ 10³ = 98, 1.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Сысоева, Н.В. Материаловедение. Технология конструкционных материалов [Текст]: учеб. пособие / Н.В.Сысоева, В.И.Комаров; под ред. проф. В.И.Комарова. – Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2006. – 168с.