Работа стали под нагрузкой

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

Методические указания

к лабораторным работам

для студентов специальности 1–70 02 01

«Промышленное и гражданское строительство»

 

Разработал

доцент, кандидат технических наук

Михальков В.С.

 

Могилев, 2005

 

Лабораторная работа № 2

РАБОТА СТАЛИ ПОД НАГРУЗКОЙ

Цель работы: Изучение диаграммы растяжения малоуглеродистой стали; проведение экспериментальных исследований на лабораторном образце.

Время выполнения работы – 4 часа.

Если подвергнуть образец растяжению, последовательно увеличи­вая нагрузку Р, и производить при этом замеры получающихся удли­нений Δl, то можно построить опытную диаграмму растяжения, откла­дывая удлинение в функции нагрузки. Для удобства сравнения эту ди­аграмму выражают в напряжениях и относительных удлинениях

кг/см²; , (1)

где σ - нормальное напряжение;

S - первоначальная площадь сечения образца;

- относительное удлинение в процентах;

l ₀ - первоначальная длина образца.

Величина относительного удлинения зависит от длины и поперечно­го сечения образца.

Установлены два типа образцов - длинный и короткий (ГОС1 1497-76).

Опытная диаграмма растяжения углеродистой стали 3 показана на рис.1, а.

Вначале зависимость между напряжениями и относительными удлинениями определяется законом прямой линии, т. е. они пропорциональны между собой. Это выражается линейным уравнением (зависи­мость Гука)

, (2)

где Е - постоянный коэффициент пропорциональности, называемый модулем упругости при растяжении или модулем продольной упругости. Для стали E = 2100000 кг/см².

То наибольшее напряжение в материале, при котором начинается отклонение от прямолинейной зависимости, называется пределом про­порциональности. Несколько выше этой точки (рис.1, а) лежит предел упругости, соответствующий наибольшей, деформации, ко­торая полностью исчезает после разгрузки.

У малоуглеродистых сталей, при нагружении выше предела про­порциональности, кривая диаграммы растяжения отходит от прямой и. плавно поднимаясь, делает скачок, образуя при больших скоростях нагружения характерный «зуб», после чего с незначительными колеба­ниями идет параллельно горизонтальной оси (рис.1,а). Образец удлиняется без приращения нагрузки, материал течет. То нормальное происходит течение материала, называется пределом текучести σ_Т.

Рисунок 1 - Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали

 

Горизонтальный участок диаграммы, называемый площадкой те­кучести, у малоуглеродистых сталей находится в пределах относи­тельных удлинений от ε =0,2 до ε = 2,5 %. Наличие у материала пло­щадки текучести является положительным фактором в работе стальных конструкций.

В других сталях, не малоуглеродистых, переход в пластическую стадию происходит постепенно. У них предел упругости и предел те­кучести, таким образом, принципиально не отличаются друг от друга. За предел текучести этих сталей условно принимается то напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,2 %.

При снятии нагрузки с образца, получившего пластическую дефор­мацию, диаграмма разгрузки идет по прямой С—D параллельно упру­гой прямой нагрузки (рис.1, а).

Когда относительное удлинение достигает определенной величины (ε ≈2,5 % для стали 3), материал прекращает течь и становится опять способным к сопротивлению. Он как бы самоупрочняется. При этом зависимость между напряжениями и деформациями подчиняется криво­линейному закону, с быстрым нарастанием деформаций. В образце образуется шейка и, наконец, происходит полное разрушение его.

Предельная сопротивляемость материала, которая характеризует его прочность, определяется наибольшим условным напряжением в про­цессе разрушения (отнесенным к первоначальной площади сечения об­разца). Это напряжение называется временным сопротивлением σ_u (пределом прочности).

Полное остаточное удлинение, замеренное после разрушения, яв­ляется мерой пластичности стали.

Поскольку модуль пластических деформаций Е_пл мал (рис.1, а), то в теоретических исследованиях, при рассмотрении упруго-пластиче­ской работы стали, его часто приравнивают нулю, принимая для всех видов стали идеализированную диаграмму растяжения идеального упруго-пластического материала (рис.1, б — диаграмма Прандтля).

Таким образом, важнейшими показателями механических свойств, характеризующими работу стали, являются: предел текучести, временное сопротивление и относительное удлинение. Эти показатели, так же как и химический состав, указываются в сертификатах, которые сопровождают каждую партию поставляемого металла.

Порядок выполнения работы:

1) Закрепить в разрывной машине лабораторный образец.

2) Включить машину и последовательно, замеряя длину образца, снимать показания динамометра.

3) Эксперимент вести до появления трещин.

Составить отчет по работе.