Файл: Го суд арс тве нн ое об раз ов ате ль но е учр ежд е ние высше го п рофе с си она ль но го о бр аз ова ни я волгоградский государственный.pdf

11 сжатия. Вторая зона – в средней части образца, где материал находится в состоянии, близком к осевому сжатию. В этой зоне деформация образца протекает наиболее интенсивно. Третья зона, в которой деформация про- текает менее интенсивно, чем во второй зоне, расположена по периферии образца.
Рис. 6. Зоны деформации сжатого образца
Наличие зон с различной деформацией подтверждается и измере- ниями твердости в различных точках продольного сечения осаженного об- разца. По изложенным выше причинам осевые давления на торцевой по- верхности осаживаемого образца распределяются также неравномерно.
Для исключения вредного влияния торцевого трения, а, следователь- но, и бочкообразности применяются специальные методы. Приведем неко- торые из них.
1. Сжатие образцов с прокладками из полимера (рис. 7, а), которые в виде тонкой пленки устанавливаются между торцевыми поверхностями образца и опорными плитами машины. Это позволяет существенно уменьшить коэффициент трения (для пары сталь-пленка из полимера ко- эффициент трения уменьшается до 0,04).
2. Переточка образца в процессе испытания, заключающаяся в сня- тии появившейся бочкообразности и восстановлении первоначального от- ношения
0 0
d
h
3. Применение образцов с конусными торцами, сжимаемых кониче- скими опорами с углом  , определяемым коэффициентом трения

(рис. 7, б). Такие образцы делаются сплошными или с осевым отверстием.
Тангенс угла  должен быть равен коэффициенту трения.
4. Применение образцов с кольцевой расточкой на торцах, запол- ненной густой смазкой (рис. 7, в).
1 2
3

12
Рис. 7. Схемы образцов на сжатие: а) с торцевыми прокладками;
б) с конусными торцами;
в) с кольцевой расточкой на торцах, заполненных смазкой
Влияние трения, искажающего линейное напряженное состояние да- же в средней части образца, начинает существенно проявляться для корот- ких образцов при
1 0
0

d
h
. Поэтому надо рекомендовать применение об- разцов с отношением
2 1
0 0


d
h
Применение образцов с большим от- ношением
0 0
d
h
оказывается практически невозможным, так как такие образцы при сжатии теряют устойчивость и искривляются (или перекаши- ваются).
1.7. Сжатие анизотропного материала
Существуют материалы, способные воспринимать при растяжении бόльшие нагрузки, чем при сжатии, например, дерево и некоторые компо- зиты, под которыми понимаются искусственно созданные составные неод- нородные материалы. К ним относятся материалы, армированные прямо- линейными волокнами, тканями, хаотически расположенными непрерыв- ными или короткими волокнами, частицами и иным способом. В большин- стве своем они обладают свойством анизотропии прочности, то есть зави-
симостью свойств материала от направления.
Испытание анизотропных материалов, имеющих различные свойства по разным направлениям, рассмотрим на примере дерева.
Дерево является типичным анизотропным материалом, чтобы убе- диться в наличии анизотропии механических свойств дерева, нужно про- вести испытание деревянных образцов дважды. Один раз сжать образец вдоль волокон (ГОСТ 16483.23-73), а другой раз – поперек волокон (ГОСТ
16483.11-72). Результаты испытаний показаны на рис. 8.

13
Рис. 8. Вид кубического образца из дерева при сжатии вдоль (а) и поперек (б) волокон
При сжатии вдоль волокон дерево выдерживает значительно бόль- шие нагрузки, чем при сжатии поперек волокон. При этом имеет место и разный характер разрушения. При сжатии деревянных образцов вдоль во- локон разрушение происходит в результате сдвига слоев в плоскости, на- клоненной к продольной оси под углом o
o
60 45 
. Диаграмма сжатия та- ких образцов по виду напоминает диаграмму сжатия хрупкого материала
(см. рис. 5).
При сжатии образцов поперек волокон деформация происходит при почти постоянной или при незначительно повышающейся нагрузке, не- смотря на то, что начинают обнаруживаться внешние признаки разруше- ния материала и становятся видны значительные трещины. Здесь диаграм- ма по виду напоминает диаграмму сжатия пластичного материала. Полно- го разрушения кубика не происходит - он существенно спрессовывается.
Следовательно, здесь нельзя определить непосредственно разрушающую нагрузку.
Нагрузки, соответствующие пределу прочности дерева при сжатии вдоль волокон и чугуна, определяются по машинным диаграммам, либо по положению контрольной стрелки по шкале испытательной машины, как максимальные нагрузки
max
//
c
B
F
F

За разрушающую нагрузку при сжатии дерева поперек волокон ус- ловно принимают ту нагрузку, при которой образец сжимается на
3 1
от своей первоначальной высоты. Эту нагрузку можно определить непосред- ственно по машинной диаграмме сжатия. Для этого надо знать масштаб по оси деформации и первоначальную высоту образца. Графический метод определения

c
B
F
разберите самостоятельно по рис. 9.

14
Рис. 9. Графический метод определения

c
B
F
для образцов из дерева
(начальный размер ребра куба
мм
a
50 0

)
Для дерева можно посчитать пределы прочности при сжатии вдоль и поперек волокон:
0
A
F
//
c
B
//
B


;
0
A
F
c
B
B




,
(3) где
0
A
– площадь поперечного сечения исходного образца.
Определяется коэффициент анизотропии, показывающий, во сколько раз предел прочности при сжатии дерева вдоль волокон больше предела прочности при сжатии того же материала поперек волокон:




B
//
B
K
(4)
2. Испытательное оборудование
В качестве испытательного оборудования используется гидравличе- ская машина ГМС-50, предназначенная для нагружения образцов статиче- ской нагрузкой при испытании на растяжение и сжатие. Максимальное усилие, развиваемое машиной, равно 500 кН. Машина имеет три шкалы, что позволяет производить испытания при нагрузках, соответственно, до
100 кН, до 200 кН и до 500 кН. Машина оборудована маятниковым сило- измерителем. Переход на работу по одной их трех шкал осуществляется путем изменения веса груза, укрепленного на конце маятника. Машина снабжена устройством барабанного типа для автоматической записи диа- грамм деформаций.

15 3. Рекомендации по оформлению отчета
Рекомендуется следующая структура составления отчета:
 цель работы;
 краткие теоретические сведения;
 испытательная машина, материал для испытаний;
 испытание пластичного материала на сжатие: материал образца, вид образца до и после испытания (с указанием размеров), машинная диа- грамма сжатия образца (с указанием масштабов по координатным осям сил и деформаций); определение характеристик прочности (
с т
 или с
0,2

);
 испытание хрупкого материала на сжатие: материал образца, вид и размеры образца до и после испытания, машинная диаграмма сжатия об- разца; определение характеристики прочности (
с
B

);
 испытание на сжатие анизотропного материала: материал образ- цов, вид и размеры деревянного образца при сжатии вдоль волокон до и после испытания, вид и размеры деревянного образца при сжатии поперек волокон до и после испытания, машинные диаграммы сжатия дерева вдоль и поперек волокон; определение характеристик прочности при сжатии де- рева вдоль и поперек волокон (
//
B

и


B
);
 выводы (кратко описать, разделяя по пунктам, поведение мате- риалов при испытании на сжатие: особенности деформации и разрушения пластичных, хрупких и анизотропных материалов).
4. Вопросы для самопроверки

1. Какими характеристиками оценивается прочность материала и ка- кими – пластичность?
2. Для каких материалов и почему нельзя определить физический предел текучести (предел прочности)?
3. В пределах какого участка диаграммы сжатия сохраняет силу закон
Гука?
4. Нарисуйте характерный вид диаграммы сжатия для хрупкого и пластичного материала (сталь, чугун, дерево).
5. Каков характер деформации и разрушения для пластичного и хруп- кого материала? Нарисуйте вид образцов до и после испытания.
6. Как определяется величина относительной остаточной деформации, отвечающая условному пределу текучести при испытаниях на сжатие?

7. Как определяется нагрузка (напряжение), отвечающая пределу те- кучести (прочности) при испытании на сжатие?
8. Какими методами можно уменьшить вредное влияние торцевого трения при испытании образцов на сжатие?

16 9. Приведите примеры изотропных и анизотропных материалов. Что такое «коэффициент анизотропии прочности» и как он определяется?

10. Чем объясняется возникновение бочкообразной формы образца при сжатии?
11. Какова величина коэффициента анизотропии прочности дерева?
12. Чем объясняется разрушение хрупких материалов по наклонным площадкам, ориентация которых с осью образца составляет ориентировоч- но 45º ?
4. Правила по технике безопасности
1. Запрещается приступать к работе до получения инструктажа от преподавателя и росписи в журнале по технике безопасности.
2. Убедитесь в исправности заземления (при отсутствии заземления работа на испытательной машине запрещается).
3. Помните, что машина подключена к сети с напряжением 380 Вольт, поэтому не следует без необходимости касаться ее металлических частей.
4. При испытании на сжатие запрещается находиться ближе 1,5 метра от машины, так как при разрушении образца возможен разлет осколков.
5. Список рекомендуемой литературы
1. Афанасьев, A. M. Лабораторный практикум по сопротивлению ма- териалов / А. М. Афанасьев, В. А. Марьин. – М. : Наука, 1975. – 287 с.
2. Беляев, Н. М. Сопротивление материалов / Н. М. Беляев. – М. : Нау- ка, 1976. – 607 с.
3. Золоторевский, В. С. Механические свойства металлов / В. С. Золо- торевский – М. : Металлургия, 1983. – 350 с.
4. Феодосьев, В. И. Сопротивление материалов / В. И. Феодосьев. –
М. : Наука, 1986. – 512 с.
5. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. –
Взамен ГОСТ 1497-73; введ. 01.01.86. – М. : Стандартинформ, 2005. – 22 с.
(Межгосударственный стандарт).
6. ГОСТ 25.503-97. Расчеты и испытания на прочность. Методы ме- ханических испытаний металлов. Метод испытания на сжатие. – Взамен
ГОСТ 25.503-80; введ. 01.07.99. – Минск. – 24 с. (Межгосударственный стандарт).