Statyczna próba rozciągania metali, Ćwiczenia z Materials Physics

Pobierz Statyczna próba rozciągania metali i więcej Ćwiczenia w PDF z Materials Physics tylko na Docsity! Mechanika i wytrzymałość materiałów - instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego: STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA oprac. dr inż. Jarosław Filipiak Cel ćwiczenia 1. Zapoznanie się ze sposobem przeprowadzania statycznej próby rozciągania. 2. Praktyczne przeprowadzenie próby rozciągania na próbkach wskazanych przez prowadzącego. 3. Wyznaczenie na podstawie statycznej próby rozciągania wielkości wytrzymałościowych (wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności) i plastycznych materiału (przewężenie i wydłużenie), wyznaczenie Modułu Younga. Wstęp Statyczna próba rozciągania jest jedną z podstawowych metod badań właściwości mechanicznych materiałów konstrukcyjnych a także w niektórych przypadkach tkanek organizmów żywych. Na podstawie wyników zarejestrowanych podczas próby można wyznaczyć szereg parametrów opisujących charakterystykę badanego materiału: wytrzymałość na rozciąganie, wyraźną granicę plastyczności, umowną granicę plastyczności, wartość naprężenia rozrywającego, wydłużenie względne, przewężenie względne, a także stałe materiałowe w postaci modułu Younga oraz współczynnika Poissona. Znajomość tych parametrów jest niezbędna konstruktorom na etapie projektowania obiektów mechanicznych, optymalizacji ich kształtu, wymiarów i masy. Również współczesne komputerowe systemy obliczeniowe pozwalające na prowadzenie symulacji różnego typu układów mechanicznych, czy procesów, np. biomechanicznych, wymagają danych opisujących parametry mechaniczne materiałów biorących udział w analizowanym procesie. Przygotowanie próbek przebieg testu Omawiana próba polega na powolnym rozciąganiu z zadana stałą prędkością odpowiednio przygotowanej próbki płaskiej lub walcowej. Zasady przygotowania próbek, przeprowadzenia badania oraz opracowanie wyników są precyzyjnie opisane w PN-EN 10002-1:2004. Najczęściej stosowanymi próbkami są próbki o przekroju kołowym bądź prostokątnym, o krotności równej 5 lub 10, co oznacza, że długość odcinka pomiarowego L0 jest równa odpowiednio: pięciu lub dziesięciu średnicom próbki. Na próbkach przed rozpoczęciem testu zaznacza się granice odcinka pomiarowego L0 oraz działki w odstępach 5mm lub 10mm. Odstępy te umożliwiają późniejsze obliczenie wydłużenia w przypadku niesymetrycznego pęknięcia próbki. Kreski podziałowe powinny być wykonane w kierunku prostopadłym do osi próbki, w sposób niepowodujący uszkodzenia powierzchni pomiarowej badanej próbki. Rozciąganie próbek przeprowadza się w maszynach wytrzymałościowych zaopatrzonych w odpowiednie szczęki pozwalające na pewne zamocowanie badanej próbki, dynamometr pozwalający na pomiar siły F działającej na próbkę oraz czujnik przemieszczenia rejestrujący wydłużenie L względem długości początkowej próbki. Zamiast wydłużenia można rejestrować bezpośrednio odkształcenia przyjętego odcinka pomiarowego. W takim przypadku konieczne jest zastosowanie w układzie pomiarowym odpowiedniego ekstensometru. Maszyna wytrzymałościowa współpracuje z kontrolerem, który steruje przebiegiem próby oraz dokonuje akwizycji danych pomiarowych. Opracowanie wyników próby Na podstawie zarejestrowanych wartości siły F, wydłużenia próbki L można wyznaczyć charakterystyki  = f () dla badanych próbek. Kształt wykresu zależy od rodzaju materiału (rys.1,rys.2). Należy podkreślić, że wartość naprężenia w poprzecznym przekroju próbki określa się umownie jako: 0A F  [MPa] (1) gdzie: F – siła mierzona w [N], A0 – początkowy przekrój kształtki, wyrażony w [mm 2 ]. Na rys.1a linią ciągłą przedstawiono typowy wykres zależności pomiędzy naprężeniem  w poprzecznym przekroju próbki a odkształceniem względnym  w kierunku wzdłużnym próbki dla stali konstrukcyjnej o wyraźnej granicy plastyczności. Wartości odkształceń obliczono w odniesieniu do odcinka pomiarowego L0: 0L L  , (2) gdzie: L0 – długość odcinka pomiarowego, wyrażona w [mm], L – przyrost długości kształtki do badań między znakami pomiarowymi, wyrażony w [mm]. Rys.1. Przykładowe charakterystyki  = f () dla materiałów: a) z wyraźną granicą plastyczności, b) materiału kruchego   Re Rm Ru   Rm a) b)