Протокол испытаний на растяжение

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

Подготовка к испытанию

Для проведения испытаний рекомендуется применять круглые или плоские пропорциональные образцы (рис. 4), у которых начальная расчетная длина пропорциональна диаметру d₀ или корню квадратному из площади сечения образца F₀. Предпочтительны соотношения l₀ = 5×d₀ для круглых и для плоских образцов.

Рис. 4 Образцы для испытаний:

а – круглый; б – плоский.

L - общая длина; l - рабочая длина; l₀ - начальная расчетная длина;

d₀ - диаметр образца до испытания; а - толщина;

b - ширина; R - радиус скругления.

Испытания на растяжение арматурных сталей имеют некоторые особенности. В железобетонных конструкциях сталь используется в состоянии поставки с сохранением поверхности. Механические свойства центральной части и поверхностных слоев могут заметно отличаться. Это отличие может быть вызвано ликвацией "С" и "Р", нагартовкой поверхности, различием структур из-за разных условий охлаждения после прокатки и т.п.

В стержнях периодического профиля напряжения возникающие под нагрузкой, по длине распределяются тоже не равномерно, поэтому арматурную круглую и периодического профиля сталь диаметром от 3 до 80мм по ГОСТ 12004-81 необходимо испытывать с необработанной поверхностью. В этом случае условия испытания наиболее полно соответствуют условиям работы арматурных стержней в железобетонной конструкции.

При испытании стержней периодического профиля используется понятие «номинальный диаметр». Номинальный диаметр d_Н для стержневой арматуры равен номинальному диаметру равновеликих по площади поперечного сечения круглых стержней (рис. 5). Площадь сечения в этом случае вычисляется по формуле

;

где m - масса стержня [кг]; l - длина стержня [м]; r - плотность [кг/м³] (для стали – 7850 кг/м³).

Рис. 5. Сечение арматурного стержня периодического профиля

Оборудование для испытаний

Для проведения испытаний могут быть использованы специальные или универсальные испытательные машины Рассмотрим устройство испытательной машины на примере УММ-5 (рис. 6) Машина УММ-5 имеет электромеханический привод 1 подвижного захвата 2, скорость перемещения которого может быть установлена с помощью рычага коробки скоростей.

Рис. 6.

Схема испытательной машины УММ-5

С неподвижным захватом 3 связан рычажно-маятниковый сило-измеритель 4. Возрастание усилия в верхнем неподвижном захвате 3 вызывает соответствующее отклонение маятника 5, происходит уравновешивание. Величина усилия показывается стрелкой на круговой шкале 6. Машина имеет диаграммный аппарат 7, позволяющий записывать при испытании кривую деформации в координатах сила – деформация.

Проведение испытаний

Перед испытанием определяют начальную площадь поперечного сечения F₀. Метками (неглубокими кернами или рисками) на рабочей длине l, обозначают расчетную длину l₀. Подготовленный образец закрепляют в захватах испытательной машины.

Включают электропривод машины и наблюдают за процессом испытания. В процессе испытания при деформировании образца возрастает нагрузка. Зависимость нагрузки от абсолютной деформации записывается с помощью диаграммного устройства (рис. 6, поз. 7).

На диаграмме по оси ординат откладывается нагрузка Р в ньютонах (или кгс), а по оси абсцисс - величина абсолютных удлинении Dl в определенном масштабе.

После разрыва образца выключают электропривод, вынимают из захватов обе части образца, с диаграммного аппарата снимают часть ленты с написанной диаграммой (первичной).

Вид диаграммы растяжения зависит от природы материала и от его структурного состояния (рис 7).

Рис. 7. Виды диаграмм растяжения различных материалов

а - для большинства металлов в пластичном состоянии с постепенным переходом из упругой области в пластическую (медь, бронза, легированные стали);

б - для некоторых металлов в пластичном состоянии со скачкообразным переходом в пластическую область (малоуглеродистая сталь, некоторые отожженные бронзы);

в - для хрупких материалов (чугун, стекло, закаленная и неотпущенная сталь, силумин).

Рассмотрим стадии растяжения на примере малоуглеродистой стали (рис 7, б).

Вначале до точки А зависимость между нагрузкой и удлинением изображается прямой линией, т.е. наблюдается прямая пропорциональность между удлинением и нагрузкой. Интенсивность возрастания нагрузки с ростом удлинения характеризует жесткость материала.

Ордината точки А соответствует нагрузке при пределе пропорциональности Р_пц . До предела пропорциональности в образце возникают только упругие деформации. При дальнейшем растяжении образца начинается заметное отклонение линии от первоначального направления, приводящее в случае малоуглеродистой стали к появлению на диаграмме горизонтального или почти горизонтального участка. Это означает, что образец удлиняется без заметного возрастания растягивающей нагрузки. Материал как бы течет, поэтому нагрузка Р_т, соответствующая горизонтальному участку (точка В) называется нагрузкой при пределе текучести.

В период течения в образце происходит пластическая деформация, возрастает количество дислокации и других дефектов. В результате этого металл упрочняется. Поэтому при дальнейшем растяжении нагрузка вновь начинает увеличиваться и достигает значения Р_МАХ соответствующего ординате максимально удаленной точки С на кривой растяжения. При нагрузке Р_МАХ деформация образца локализуются, начинает образовываться шейка - местное уменьшение сечения. Нагрузку Р_МАХ называют нагрузкой на пределе прочности, или нагрузкой временного сопротивления. При нагрузке соответствующей точке К, происходит разрыв образца.

Нагрузки Р_пц , Р_т, Р_МАХ и т.п. являются характеристиками данного образца. Свойства же материала характеризуют другими показателями.

Показатели прочности

Сопротивление малым пластическим деформациям характеризуют предел пропорциональности, предел упругости и предел текучести.

1. Предел пропорциональности - это напряжение, ниже которого соблюдается прямая пропорциональная зависимость между напряжением и относительной деформацией:

,

где Р_пц - нагрузка при пределе пропорциональности.

2. Предел упругости s_0,05 - это условное напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,05% расчетной длины. Ввиду малости величины остаточной деформации на пределе упругости его иногда принимают равным пределу пропорциональности.

3. Предел текучести физический - это наименьшее напряжение при котором образец деформируется без увеличения растягивающей нагрузки:

,

Если на кривой деформации отсутствует четко выраженная площадка текучести (рис. 7, а), то определяют предел текучести условный.

4. Условный предел текучести s_0,2 - это напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% длины участка образца на его рабочей части, удлинение которого принимается в расчет при определении указанной характеристики:

,

5. Сопротивление значительным пластическим деформациям (для пластичных материалов) характеризуется пределом прочности.

Предел прочности (временное сопротивление) s_В - это условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Р_МАХ, предшествовавшей разрыву образца:

.

Показатели пластичности

1. Относительное удлинение после разрыва d - это отношение приращения расчетной длины образца (l_K – l₀) после разрушения (рис. 8) к начальной расчетной длине l₀, выраженное в процентах:

Для определения длины расчетной части l_K после разрыва части образца плотно прикладывают друг к другу (рис. 8) и измеряют расстояние между метками, которые ограничивали начальную расчета длину.

Рис. 8. Круглый образец после испытания на растяжение

2. Относительное сужение y - это отношение абсолютного уменьшения площади поперечного сечения в шейке образца (F₀ – F_K) к начальной площади сечения F₀ выраженное в процентах:

где F₀ и F_K - площади поперечного сечения образца до и после испытания соответственно.

Порядок выполнения работы

1. Изучить основные теоретические положения и условия проведения испытаний на растяжение.

2. Испытать на растяжение образцы различных материалов с записью диаграммы растяжения. Результаты занести в протокол (табл. 1).

3. Обработать результаты, определить механические свойства испытанных материалов и сравнить их с табличными значениями.

4. Определить класс прочности строительной стали.

5. Определить категорию прочности арматурной стали.

Таблица 1

Показатели

образец

№1

№2

№3

Материал образца

Диаметр образца

до испытания d₀

после испытания d_K

мм

мм

Площадь поперечного сечения

до испытания F₀

после испытания F_K

мм

мм

Длина расчетной части

до испытания l₀

после испытания l_K

мм

мм

Нагрузки, соответствующие

пределу текучести:

физическому P_T

условному P_0,2

пределу прочности P_MAX

Н

Н

Н

Предел текучести

физический s_T

условный s_0,2

МПа

МПа

Предел прочности s_B

МПа

Относительное удлинение d

%

Относительное сужение y

%

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману