Експериментальне визначення механiчних характеристик за допомогою механiчних випробувань

Лабораторна робота № 1

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ВИЗНАЧЕННЯ МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗА ДОПОМОГОЮ МЕХАНІЧНИХ ВИПРОБУВАНЬ

Мета роботи: опанувати основні поняття стосовно базових методик випробування механічних характеристик матеріалів, ознайомитися з основними типами дослідницької апаратури.

Теоретичні відомості

Основні визначення та поняття. Механічні випробування призначені для експериментального визначення механічних характеристик матеріалів. За їх допомогою вирішуються наступні основні задачі:

• визначення загальноприйнятих стандартних характеристик механічних властивостей, що використовуються для порівняльної оцінки механічної поведінки різних матеріалів;
• визначення властивостей матеріалів в умовах, максимально наближених до умов роботи виготовлених з них виробів та конструкцій.

Згідно з сучасними уявленнями, рівень механічних характеристик визначається трьома групами факторів:

• матеріалом – його хімічним і фазовим складом, структурою;
• тілом – його розмірами та формою (наявністю розрізів, станом поверхні, тощо);
• умовами навантаження – запасом пружної енергії, швидкістю і повторюваністю навантаження, тощо.

В деяких випадках вплив двох останніх чинників є незначним і тоді головним чином проявляються властивості матеріалу (наприклад, при співставленні твердості вдавлюванням). Але в більшості випадків необхідне врахування всіх факторів. Наприклад, суттєво різні результати можуть бути отримані при аналізі шліфа і поверхні зламу, стрічки і масивного зразка з одного й того ж матеріалу, при виявленні властивостей матеріалу при кімнатній та високій температурах, тощо.

Найбільш часто матеріали випробовуються за простими механічними схемами: розтяг, стиск, згин, закрут.

Одновісний розтяг – найрозповсюдженіша схема механічних випробувань. За результатами випробувань на одновісний розтяг будується первинна діаграма в координатах “навантаження – видовження”, які є основою для розрахунку стандартних (паспортних) механічних характеристик матеріалів.

Стиск використовується для випробувань малопластичних матеріалів. Найбільш часто використовується одновісний стиск, під час якого стискаюче напруження прикладається до осі циліндричного зразка та будується діаграма в координатах “навантаження – скорочення”.

Згин – одна з найпростіших схем навантаження. Використовують два методи випробувань: навантаження зразка через жорстку траверсу двома однаковими силами, прикладеними на рівній відстані від опор (4-точковий згин) та навантаження зосередженою силою, що прикладена по середині пробігу зразка між опорами (3-точковий згин). Первинна діаграма будується в координатах “навантаження – стріла прогину”.

Закрут – здійснюється двома різними по величині та протилежно спрямованими крутильними моментами, які прикладаються до кінців зразка перпендикулярно до його повздовжньої осі. Діаграму кручення будують в координатах “крутильний момент – кут закручування”.

Інструментом для проведення механічних випробувань є випробувальна машина. Предметом випробування є зразок для механічних випробувань. Результатами випробувань є діаграми в координатах: “навантаження – видовження” (первинна), “напруження – відносна деформація” (умовна) та істинна діаграма зміцнення.

Класифікація видів механічних випробувань. Всі види механічних випробувань можна класифікувати за рядом ознак. Найбільш поширені типи класифікацій наведено в табл. 1.1.

Таблиця 1.1. Класифікація видів механічних випробувань