Соққыға тұтқырлығын анықтау

Динамикалық сынау – бұл машинаның захватов ұстағыштың орын алмастыру жылдамдығы 10 мм/мин көбірек болатын немесе түсірілетін күш соққымен берілетін сынаудың түрі. Металды динамикалық сынауды морттық күйдің пайда болу шартын анықтау үшін және үлкен жылдамдықты деформация жағдайында материалда болатын өзгерісті бағалау үшін орындайды. Динамикалық сынаудың негізгі түрі – ол ию шартында әртүрлі типті кесіктерімен үлгілерге соққымен күшті ендірумен орындалады. Мұндай сынаудың екі тәсілі бар: Шарпи бойынша маятникті тоқпақпен сынау, демек, тұрақта еркін жатқан үлгі үш нүктелік немесе дәл нүктелік иілімге ұшырайды, сонымен қатар, Изода бойынша консольды иілімге ұшырайды. Кеңінен қолданылатын әдісі біріншісі болып табылады.

Шарпи бойынша материалдың соққы тұтқырлығы арнайы маятникті тоқпақпен анықталады. Маятникті тоқпақпен сынау үлгіні деформациялауға және бұзылуға жұмсалған жұмысты өлшеуге негізделген. Ол үлгіні соққаннан кейін маятникте пайда болатын энергия мен соғу кезіндегі физикалық маятниктің энергиясын сәйкестендіру жолымен анықталынады.

Соққыға тұтқырлықтың шамасы КС екі тіректі иілімге сынауда үлгіні бұзуға жұмсалған энергияның кернеу концентрациясының орнындағы оның бастапқы көлденең қимасының ауданына қатынасымен анықтайды. Арнайы қадағалаушыны қолданумен үлгіге әсер ететін күштің шамасын үлгі мен тоқпақтың бастапқы жанама әсерінен бастап соңғы иілу функциясымен бұзылуға дейін аралықты тіркеп қадағалайды. Қадағалаушылардан белгілер осциллографқа беріледі, оны алған мәндері тіркеледі. Осылай, «жүктеме – майысу» координатасында диаграмманы алуға болады. Осы сынаумен үлгіні деформациялауға және бұзуға жұмсалған жұмысты анықтауға болады. Оны мына формуламен есептейді:

КС = К/S₀,

мұнда: К – үлгінің деформациясы мен бұзылуының толық жұмысмы, Дж;

S₀ – үлгінің кескіні орнындағы көлденең қима, м² немесе см².

Сынау үшін үлгідегі кернеу концентрациясы әртүрлі пішінді кесіктер немесе қажу жырығын ендіру болып табылады. Кернеу концентрациясының түріне байланысты соққыға тұтқырлығын былай белгілейді:

KCU – U-түріндегі кесіктің r_n = 1 мм радиусымен;

KCV – V-түріндегі кесіктің r_n = 25 мм радиусымен және 45⁰ бұрышымен;

KCT – T-түріндегі кесіктің қажулық жырығымен.

КС-нің өлшем бірлігі – Дж/м².

Соққыға тұтқырлыққа сынау үшін үлгіні h × b × a өлшеммен пластина түрінде даярлау керек, мұнда h – үлгінің қалыңдығы, b – биіктігі, a – ұзындығы. Үлгінің көлденең өлшемдерін берілген материалдың соққыға тұтқырлық шамасы туралы мәліметтер негізінде алады. Үлгінің ұзындығын көбіне, 50 ± 0,5; 60 ± 0,5; 70 ± 0,5 және 100 ± 0,5 тең болатындай етіп алады.

Тоқпақ 1,0; 2,0; 4,0 Дж – потенциальды энергиясының қоры бар алмастырмалы маятникті қосақтар жиынымен қамтылған. Соғу кезіндегі маятниктің қозғалыс жылдамдығы – 2,9 ± 0,05 м/с тең. Тіректер арасындағы қашықтық – 40; 60; 70 және 100 мм.

Шарпи әдісі бойынша сынау жүргізу үшін үлгіні 1 (9–сурет) тоқпақтың 2 және 3 тірегіне орнатады және оны маятниктің 5 бойкасымен 4 соғумен бұзады, ол О осімен бұрылып, маятниктің көтерілу α бұрышын анықтайтын қайсы–бір Н биіктігінен еркін түседі.

 

9 – сурет. Маятникті копердың сынауы көрсетілген.

 

Тоқпақтың негізгі сипаттамалары энергия қоры болып табылады. Оны маятник салмағының теңселу осінен оның ауырлық центріне дейінгі қашықтықтың және маятниктіңтербеліс периодымен анықталатын маятниктің теңселу осінен соғу центірне дейінгі қашықтықтың көбейтіндісімен анықтайды. Белгілі – бір бұрышқа дейін m маятник салмағымен көтерілген және Н ауырлық центрінің биіктігімен тоқпақтың энергия қоры Е–ге тең болады. Еркін құламадан кейін және маятниктің үлгімен кездесуінен кейін үлгіні бұзуға энергиясының бір бөлімін шығынданғаннан кейін қайсыбір бұрышқа көтеріледі, осы кезде оның ауырлық центрі Н₁ биіктігіне көтеріледі.

А соққыға иіліс кезіндегі деформация және бұзылу жұмысы маятниктің соққыға дейінгі және кейінгі потенциальды энергиясының айырымымен есептеледі:

А = mg (H – H₁),

мұнда: А – үлгіні бұзуға жұмсалған жұмыс, Дж;

m – маятник массасы, кг;

g – еркін түсу үдеуі, м/с²;

Н – үлгісі бар астарының бойка соққыға дейінгі нүктесіне байланысты маятниктің ауырлық центрінің көтерілу биіктігі, м;

Н₁– үлгісі бар астарының бойка соққыдан кейінгі нүктесіне байланысты маятниктің ауырлық центрінің көтерілу биіктігі, м.

Потенциальды энергияның анық қоры мына формуламен анықталынады:

Е = M [1 + mg (α – 90)],

мұнда: Е – потенциальды энергия қоры, Дж;

М – маятник моменті, Н·м;

α – маятниктің көтерілу бұрышы, оны КО-2 оптикалық квадрантымен өлшейді және үш өлшемнің орташа мәні ретінде есептейді.

Тоқпақтың жұмсалған жұмысын өлшегіштің абсолютті қателігін индикаторлы қондырғы бойынша анықталған энергия мәнін мына формуламен есептелініп алынған мәндерді салыстыру арқылы анықтайды:

 

А_s = M [cos β_ср + sin (α – 90)],

 

мұнда: А_s – жұмсалған энергия, Дж;

М –маятник моменті, Н·м;

β _орт – самғаудың өлшенген бұрышының орташа мәні, градус;

α – самғаудың анық бұрышы, градус.

Самғау бұрыштары оптикалық квадрантпен өлшенеді, орташа мәнін үш өлшемде өлшеумен алады. Маятник моменті мына формуламен есептелінеді:

М = mgl,

мұнда: m – горизонтальды күйдегі маятниктің массасы (үш өлшеммен өлшеудің

орташа мәні мынаған тең болуы керек: 1Дж үшін – 233±2,3г; 2Дж үшін – 467±4,6 г; 4 Дж үшін – 934±9,3 г);

g – еркін түсу кезіндегі ауырлық күшінің үдеуі, м/с²;

l – маятниктің теңселу осінен үлгі ортасына дейінгі қашықтық (штангенциркульмен өлшенеді; үш өлшемнің орташа мәні алынады), м.

Соққыға тұтқырлықты мына формуламен есептейді:

 

КСU = А/S,

 

мұнда: KCU – соққыға тұтқырлық, Дж/м²;

S – соққы жазықтығындағы үлгінің көлденең қимасының ауданы, м²;

S = b·h; h және b–соққы жазықтығындағы үлгінің қалыңдығы мен ені, м.