Báo cáo Thí nghiệm Cơ học - Phạm Thanh Luân & Phạm Văn Sang

Nội dung text: Báo cáo Thí nghiệm Cơ học - Phạm Thanh Luân & Phạm Văn Sang

1. Bỏo cỏo Thớ nghiệm Cơ học Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Bài 1: THÍ NGHIỆM KẫO MẪU THẫP I. Mục đớch thớ nghiệm: Tỡm sự liờn hệ giữa lực và biến dạng của vật liệu khi kộo mẫu, từ đú xỏc định đặc trưng cơ tớnh của vật liệu bao gồm: - Giới hạn chảy σ ch - Giới hạn bền σb - Độ dón dài tương đối khi đứt δ % - Độ thắt tương đối ψ % II. Cơ sở lý thuyết: Thanh chịu kộo hay nộn đỳng tõm là thanh mà trờn mọi mặt cắt ngang chỉ cú một thành phần nội lực là lực dọc Nz. Cỏc giả thuyết làm cơ sở cho thanh chịu kộo đỳng tõm: - Giả thuyết mặt cắt ngang: Mặt cắt ngang ban đầu là phẳng và thẳng gúc với trục của thanh thỡ sau khi biến dạng vẫn phẳng và thẳng gúc với trục của thanh. - Giả thuyết về cỏc thớ dọc: Trong quỏ trỡnh biến dạng, cỏc thớ dọc khụng ộp lờn nhau, cũng khụng đẩy nhau, cỏc thớ dọc của thanh trước và sau khi biến dạng vẫn song song với nhau. - Dưới tỏc dụng của lực kộo hay nộn đỳng tõm, trờn mặt cắt ngang chỉ cú một thành phần ứng suất phỏp σ Z P - Quan hệ giữa ứng suất và lực: σ = (kg/mm2, N/mm2) Z F III. Chuẩn bị thớ nghiệm: - Đo kớch thước ã Đường kớnh mẫu thộp trước khi kộo: d0 = 12 (mm) 2 2 π.d0 π(12) 2 ã Tiết diện mẫu thộp trước khi kộo: F0 = = = 113 (mm ) 4 4 ã Chiều dài mẫu thộp trước khi kộo: L0 = 10d0 = 120 (mm) - Khắc vạch trờn mẫu V Vạ?cch ttrungrun tgõm tõm d0 > d0 < d0 d0 L0 = 10d0 = 10 khoảng chia Phạm Thanh Luõn – Phạm Văn Sang Trang 1
2. Bỏo cỏo Thớ nghiệm Cơ học Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Sơ bộ Sơ bộ PB 2 σ = Sơ bộ π(12) - Dự đoỏn tải trọng : B => PB = 60. = 6786 (Kg) F0 4 - Điều chỉnh cấp tải trọng, điều chỉnh kim đồng hồ về 0 - Điều chỉnh hai ngàm kẹp của mỏy kộo – nộn thớch hợp với hai đầu kẹp mẫu - Đặt mẫu vào ngàm kẹp và kẹp chặt mẫu, kiểm tra kim chỉ lực IV. Tớnh toỏn kết quả: Pđh = 5760 (Kg); Pch = 5800 (Kg); Pb = 6700 (kg) P 5760 dh 2 - Giới hạn đàn hồi: σ dh = = = 50(kg / mm ) F0 113 P 5800 ch 2 - Giới hạn chảy: σ ch = = = 51(kg / mm ) F0 113 P 6700 b 2 - Giới hạn bền: σ b = = = 59 (kg / mm ) F0 113 4 khoảng chia đầu 4 khoảng chia đầu Cỏc khoảng chia cũn lại 20 30 20 * Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực P và biến dạng D L P C 6700 D B 5800 5700 A O D L * Mẫu đứt nằm trong cỏc khoảng chia cũn lại. Đo được: ã Chiều dài mẫu thộp sau khi kộo là: L1 = 155 (mm) ã Đường kớnh mẫu thộp sau khi kộo là: d1 = 8 (mm) 2 2 π(d1 ) π.8 2 ã Tiết diện mặt cắt sau khi kộo là: F1= = ằ 50(mm ) 4 4 Phạm Thanh Luõn – Phạm Văn Sang Trang 2
3. Bỏo cỏo Thớ nghiệm Cơ học Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM + Độ dón dài tương đối khi bị đứt: L1 - L0 155 -120 δ % = ´100 = ´100 = 29,17% L0 120 + Độ thắt tương đối: F0 - F1 113- 50 ψ % = ´100 = ´100 = 55,8% F0 113 V. Nhận xột: Trờn đồ thị - OA : Giai đoạn đàn hồi, tương quan giữa P và D L là bậc nhất. Lực lớn nhất trong giai đoạn này là lực tỉ lệ (hay lục đàn hồi) - AB : Giai đoạn chảy, lực kộo khụng tăng nhưng biến dạng tăng liờn tục. Lực kộo tương ứng là lực chảy. - BCD : Giai đoạn củng cố (tỏi bền), tương quan giữa lực P và D L là đường cong. Lực lớn nhất là lực bền. Tiết diện chỗ bị đứt nhỏ hơn so với tiết diện ban đầu (hỡnh thành cổ thắt) do chịu tỏc dụng của tải trọng cao nhất Pb, trong kim loại xảy ra biến dạng cục bộ. Lỳc đú tuy tải trọng tỏc dụng giảm đi mà biến dạng vẫn tăng, kim loại ở chổ biến dạng cục bộ bị đứt và đi đến phỏ hủy ở điểm D (như trờn đồ thị). Phạm Thanh Luõn – Phạm Văn Sang Trang 3
4. Bỏo cỏo Thớ nghiệm Cơ học Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Bài 2: THÍ NGHIỆM NẫN MẪU GANG I. Mục đớch thớ nghiệm: Tỡm sự liờn hệ giữa lực và biến dạng của vật liệu khi nộn mẫu, từ đú xỏc định đặc trưng cơ tớnh của vật liệu: - Giới hạn bền σb đối với gang. II. Cơ sở lý thuyết: Thanh chịu kộo hay nộn đỳng tõm là thanh mà trờn mọi mặt cắt ngang chỉ cú một thành phần nội lực là lực dọc Nz. Cỏc giả thuyết làm cơ sở cho thanh chịu nộn đỳng tõm: - Giả thuyết mặt cắt ngang: Mặt cắt ngang ban đầu là phẳng và thẳng gúc với trục của thanh thỡ sau khi biến dạng vẫn phẳng và thẳng gúc với trục của thanh. - Giả thuyết về cỏc thớ dọc: Trong quỏ trỡnh biến dạng, cỏc thớ dọc khụng ộp lờn nhau, cũng khụng đẩy nhau, cỏc thớ dọc của thanh trước và sau khi biến dạng vẫn song song với nhau. - Dưới tỏc dụng của lực kộo hay nộn đỳng tõm, trờn mặt cắt ngang chỉ cú một thành phần ứng suất phỏp σ Z P - Quan hệ giữa ứng suất và lực: σ = (kg/mm2, N/mm2) Z F III. Chuẩn bị thớ nghiệm: - Đo kớch thước ã Đường kớnh mẫu gang trước khi nộn: d0 = 20 (mm) ã Tiết diện mặt cắt ngang của mẫu gang trước khi nộn: 2 2 π.d0 π(20) 2 F0 = = = 314 (mm ) 4 4 ã Chiếu cao mẫu gang trước khi nộn: h = 35 (mm) Sơ bộ Sơ bộ PB - Dự đoỏn tải trọng thớch hợp σ B = F0 Sơ bộ h => PB = 110 ì 314 = 34540 (Kg) - Điều chỉnh cấp tải trọng, điều chỉnh kim đồng hồ về 0 - Điều chỉnh hai ngàm kẹp của mỏy kộo – nộn thớch hợp với chiều cao của mẫu d0 - Đặt mẫu vào ngàm nộn, chỳ ý đặt mẫu sao cho nộn được đỳng tõm, kiểm tra kim chỉ lực. Mẫu thớ nghiệm Phạm Thanh Luõn – Phạm Văn Sang Trang 4
5. Bỏo cỏo Thớ nghiệm Cơ học Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM IV. Tớnh toỏn kết quả: Sau khi tiến hành thớ nghiệm ta cú PB = 26600 (kg), giới hạn bền của gang khi nộn là: P 26600 B 2 σ B = = ằ85(kg/mm ) F0 314 * Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực P và biến dạng D L P 26600 O D L V. Nhận xột: * Đối với vật liệu dũn (gang) khụng cú bất kỡ biến dạng dẻo nào, ngoài thể hiện biến dạng đàn hồi. Một đặc trưng của phỏ hủy dũn là 2 mặt vỡ cú thể ghộp lại với nhau để khụi phục nguyờn dạng vật liệu ban đầu. Đường cong ứng suất biến dạng đối với vật liệu dũn cú dạng tuyến tớnh.Thử cơ tớnh đối với nhiều mẫu như nhau sẽ cú nhiều kết quả ứng suất phỏ hủy khỏc nhau. Độ bền kộo rất nhỏ so với độ bền nộn và nú thường được cho là bằng 0 đối với nhiều ứng dụng. Cú thể giải thớch là do Hệ số cường độ ứng suất gắn với cỏc khuyết tật trong vật liệu. * Khi P đạt đến giỏ trị PB thỡ mẫu bị phỏ vỡ, do trờn bề mặt tiếp xỳc giữa mẫu và bàn nộn khụng cú bụi trơn nờn vết nứt nghiờng một gúc 450 so với phương của trục. Tiết điện mặt cắt bị phỏ hỏng trong thớ nghiệm trờn là một hỡnh elớp. Phạm Thanh Luõn – Phạm Văn Sang Trang 5
6. Bỏo cỏo Thớ nghiệm Cơ học Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Bài 3: XÁC ĐỊNH MễĐUN ĐÀN HỒI TRƯỢT G I. Mục đớch thớ nghiệm: Nhằm xỏc định mụđun đàn hồi trượt G của thộp và đồng, kiểm nghiệm định luật Hooke. II. Cơ sở lý thuyết: Khi xoắn thuần tỳy thanh mằt cắt ngang hỡnh trũn, gúc xoắn tương đối giữa hai mặt cắt ngang A và B cỏch nhau một đoạn LAB là: AB M Z .LAB M Z .LAB ϕ = → G = AB G.J P ϕ .J P Trong đú: MZ : mụmen xoắn. JP : mụmen quỏn tớnh độc cực của mặt cắt ngang. AB Nếu xỏc định được MZ, JP, LAB và đo được ϕ thỡ cú thể suy ra mụđun đàn hồi trượt G. III. Chuẩn bị thớ nghiệm: 7 L 1. Quả cõn. AB B 2. Thanh treo quả cõn. 6 B’ 3. Ổ lăn. A 3 4. Đồng hồ so. a 5. Thanh ngang. 6. Dầm. A’ 7. Ngàm. 5 4 b 2 1 P Mụ hỡnh thớ nghiệm - Đo cỏc kớch thước: ã Đường kớnh mẫu d = 26 (mm) ã Khoảng cỏch LAB = 129,5 (mm); a = 169 (mm); b = 350 (mm). π.d 4 π.264 J P = = ằ 44864 32 32 Phạm Thanh Luõn – Phạm Văn Sang Trang 6
7. Bỏo cỏo Thớ nghiệm Cơ học Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM - Đặt cỏc chuyển vị kế tựa vào thanh ngang. - Bảng ghi kết quả thớ nghiệm: Lần Số đọc trờn chuyển vị kế rAi’- rBi’ đặt Tải trọng rAi’ rBi’ tải Pi (Kg) Thộp Đồng Thộp Đồng Thộp Đồng thứ i 1 0,5 0,03 0,08 0,02 0,04 0,01 0,04 2 1 0,07 0,15 0,04 0,08 0,03 0,07 3 1,5 0,10 0,24 0,07 0,13 0,03 0,11 4 2 0,14 0,31 0,09 0,17 0,05 0,14 IV. Tớnh toỏn kết quả: Ta cú: M Z .LAB Pi.b.LAB 32 Pi.a.b.LAB 32 Gi = AB = AB . 4 = ' ' . 4 ϕi .JP ϕi π.d DAi - DBi π.d - Ứng với mỗi tải trọng Pi suy ra: Mụđun Tải trọng Pi đàn hồi Thộp Đồng (Kg) Gi G1 0,5 8536,9 2134,2 G2 1 5691,3 2439,1 G3 1,5 8536,9 2328,3 G4 2 6829,5 2439,1 - Vậy mụđun đàn hồi trượt G của thộp là: 4 ồGi G = i=1 =7398,7 (Kg/mm2) thộp 4 - Vậy mụđun đàn hồi trượt G của đồng là: 4 ồGi G = i=1 = 2335,2 (Kg/mm2) đồng 4 Phạm Thanh Luõn – Phạm Văn Sang Trang 7