Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu

Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU A./ GIỚI THIỆU CHUNG  Ngành đào tạo : Công nghệ kĩ thuật cơng trình xây dựng  Số tiết thí nghiệm : tiết  Thời gian làm thí nghiệm: Nhóm 3-13h30’ chiều thứ ngày 24/07/2015  Các loại vật liệu sử dụng : thép 16, gỗ, đồng đặc ruột B./ MỤC ĐÍCH YÊU CẦU  Vận dụng lý thuyết học để tiến hành thí nghiệm song song với lý thuyết lớp  Làm quen với trình tự thí nghiệm ( chuẩn bị mẫu thí nghiệm, thí nghiệm, ghi chép xử lý thí nghiệm, đánh giá kết viết báo cáo)  Quan sát trình chịu tải thép đến mẫu bị phá hoại  Hiểu tính loại máy thí nghiệm cách sử dụng C./ TỔ CHỨC THÍ NGHIỆM thí nghiệm chia cho sinh viên thành nhóm, nhóm giảng viên hướng dẫn trực tiếp thực hành thí nghiệm: Bài 1: Thí nghiệm kéo thép Bài 2: Xác định modun biến dạng trượt G Bài 3: Xoắn tròn Bài 4: Dầm chịu uốn D./ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Được trình bày cụ thể báo cáo BÀI THÍ NGHIỆM KÉO THÉP SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường 1./ Tiêu chuẩn thí nghiệm: Tiêu chuẩn quy định phương pháp thử kéo vật liệu kim loại xác định đặc tính học nhiêt độ thường ( 100 - 350 ) 2./ Mục đích thí nghiệm: -Xác định giới hạn chảy giới hạn bền thép -Xác định độ dãn dài tương đối thép 3./ Thiết bị thí nghiệm: Máy nén thủy lực WAW-1000E BÀI THÍ NGHIỆM KÉO THÉP (mẫu 1) SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường Kích thước mẫu 1: -Trước kéo: Chiều dài: L0 = 502 mm -Sau kéo: Chiều dài: L1 = 608 mm Trình tự thí nghiệm: Bước 1: Xác định đường kính gân dọc, đường kính gân xiên, đường kính lõi bước gân Đo lõi thép Đo gân dọc Đo bước gân SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường Bước 2: Xác định chiều dài mẫu thép, cân trọng lượng mẫu thép để xác định đường kính tương đương dài Đo chiều mẫu Cân mẫu thép Bước 3: Khắc vạch lên mẫu thử với khoảng cách lần đường kính danh nghĩa Bước 4: Theo dõi trình tăng tải biến dạng mẫu, ghi lại số liệu hiển thị thiết bị thí nghiệm theo giai đoạn gia tải mẫu bị kéo đứt SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu Kẹp mẫu thép vào máy nén GVHD: Lê Thanh Cường Đồ thị giai đoạn tái bền Eo thắt bắt đầu xuất SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường Đồ thị mẫu bị phá hủy Mẫu bị phá hủy Bảng số kết thí nghiệm kéo thép mẫu STT Đường kính (mm) SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 Trọng Chiều lượng dài (g) (mm) Lực kéo chảy (kN) Lực kéo đứt (kN) Độ dãn (mm) /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu Danh định Lõi Mẫu 14.9 Gân dọc 16.7 Gân xiên 16.7 GVHD: Lê Thanh Cường 752.6 502 73 109 106 Bảng tính tốn giới hạn chảy giới hạn bền thép mẫu STT dtd (mm) A (mm2) Mẫu 15.59 190.89 Lực kéo chảy (kN) 73 Giới hạn chảy (daN/cm2) Lực kéo đứt (kN) Giới hạn bền (daN/cm2) 382.42 109 571.01 Tính tốn kết thí nghiệm: - Đường kính tương đương: dtd = 15.59 (mm) Diện tích thép : A = - Giới hạn chảy : - Giới hạn bền : - Độ dãn dài tương đối : - 1KN = 100daN - 1mm2 = 1x10-2cm2 Biểu đồ kéo thép mẫu 1: SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường Nhận xét trình kéo mẫu: -Đầu tiên, kẹp mẫu thép vào máy kéo thép bắt đầu tăng lực kéo, giai đoạn thứ tải tác dụng lên mẫu từ – 70 kN lực biến dạng mẫu tăng nhau, đồ thị lúc có dạng đường thẳng Đây giai đoạn đàn hồi mẫu -Tiếp theo, ta tăng tải tác dụng lên mẫu hệ số biến dạng tăng cao tải trọng tăng ít, đồ thị lúc có dạng đường cong lên xuống theo phương ngang biểu đồ, giai đoạn chảy ứng với tải trọng khoảng 73 kN, giới hạn chảy 382.42 (daN/cm2) -Khi tăng tải lần biểu đồ thấy hệ số tải trọng hệ số biến dạng mẫu tăng cao đột biến, đồ thị lúc có dạng đường cong, giai đoạn tái bền mẫu với tải trọng lớn khoảng 109 kN giới hạn bền 571.01 (daN/cm2) Lúc mẫu bắt đầu xuất dấu vết phá hoại SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường -Tăng tải lần biểu đồ hệ số tải trọng bắt đầu lên xuống hệ số biến dạng tiếp tục tăng, lúc sau có tiếng nổ mẫu bị đứt vị trí bị phá hoại giai đoạn tăng tải lần -Khi đo mẫu lại chiều dài mẫu thép tăng thêm 106 mm, tổng chiều dài mẫu 608 mm BÀI THÍ NGHIỆM KÉO THÉP (mẫu 2) Kích thước mẫu 2: -Trước kéo: Chiều dài: L0 = 499 mm -Sau kéo: Chiều dài: L1 = 602 mm Bảng số kết thí nghiệm kéo thép mẫu STT Đường kính (mm) Danh định Mẫu Lõi 14.8 Gân dọc 16.6 Trọng Chiều lượng dài (g) (mm) Gân xiên 16.6 750.8 499 Lực kéo chảy (kN) Lực kéo đứt (kN) Độ dãn (mm) 71 102 103 Bảng tính tốn giới hạn chảy giới hạn bền thép mẫu STT dtd (mm) A (mm2) Mẫu 15.62 191.62 Lực kéo chảy (kN) 71 Giới hạn chảy (daN/cm2) Lực kéo đứt (kN) Giới hạn bền (daN/cm2) 370.52 102 532.30 Biểu đồ kéo thép mẫu 2: SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường Tính tốn kết thí nghiệm: - Đường kính tương đương: dtd = 15.62 (mm) Diện tích thép : A = Giới hạn chảy : ) Giới hạn bền : Độ dãn dài tương đối : Nhận xét trình kéo mẫu: -Đầu tiên, kẹp mẫu thép vào máy kéo thép bắt đầu tăng lực kéo, giai đoạn thứ tải tác dụng lên mẫu từ – 70 kN lực biến dạng mẫu tăng nhau, đồ thị lúc có dạng đường thẳng Đây giai đoạn đàn hồi mẫu SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 10 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường 1./ Mục đích thí nghiệm: -Xác định modun đàn hồi trượt G thép 2./ Thiết bị thí nghiệm: Máy thử xoắn NDW-200 3./ Trình tự thí nghiệm: Thước kẹp Bước 1: Xác định kích thước mẫu thí nghiệm Bước 2: Đưa mẫu vào ngàm kẹp, điều chỉnh vị trí ngàm với kích thước mẫu Bước 3: Tăng momen xoắn liên tục với vận tốc không đổi Bước 4: Quan sát biểu đồ quan hệ momen xoắn / góc xoắn / biến dạng Bước 5: Ghi lại số liệu thí nghiệm BẢNG SỐ LIỆU KÍCH THƯỚC MẪU Thanh L (mm) L1 (mm) d (mm) D (mm) s (mm) Đồng nhỏ 140.3 99.3 16 14 Đồng lớn 140.2 100.5 10 16 14 Thép nhỏ 140 99.5 16.5 13.8 Thép lớn 140 100 10 16.5 13.8 4./ Tính tốn kết thí nghiệm 4.1./ Tính tốn G gián tiếp thơng qua thí nghiệm đo E thép: G = E / 2.(1+) 4.2./ Tính tốn G trực tiếp từ kết thí nghiệm: SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 20 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường Kết thí nghiệm tính tốn Mẫu Đồng nhỏ Đồng lớn Thép nhỏ Thép lớn Momen xoắn d (mm) 10 10 L (mm) 140.3 140.2 140 140 M0 (N.m) 0.21 0.09 0.30 0.36 M1 (N.m) 0.27 0.18 0.48 0.42 0.12 0.024 0.10 0.08 0.13 0.15 0.14 0.10 G (Mpa) 1744 357 1462 59 Momen xoắn SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 21 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường Góc xoắn Biểu đồ momen xoắn đồng nhỏ Momen xoắn Góc xoắn Biểu đồ momen xoắn đồng lớn Momen xoắn Góc xoắn SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 22 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường Biểu đồ momen xoắn thép nhỏ Momen xoắn Góc xoắn Biểu đồ momen xoắn thép lớn 5./ Nhận xét đánh giá thí nghiệm Thí nghiệm với mẫu đồng mẫu thép ta thấy momen xoắn góc xoắn tỉ lệ thuận với dựa vào biểu đồ Khi momen xoắn tăng lên góc xoắn tăng theo BÀI XOẮN THANH TRỊN 1./ Mục đích thí nghiệm: -Xác định modun đàn hồi trượt G đồng đặc đồng vành khuyên -Thiết lập mối quan hệ momen xoắn góc xoắn -Thiết lập mối quan hệ góc xoắn chiều dài 2./ Thiết bị thí nghiệm: 3./ Thước thépSVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 Trình tự thí nghiệm 23 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường -Bước 1: Xác định kích thước mẫu thí nghiệm -Bước 2: Đánh dấu kích thước: 15mm,315mm,365mm,415mm,465mm -Bước 3: Đưa mẫu vào ngàm kẹp, điều chỉnh vị trí ngàm với kích thước mẫu Đưa mẫu vào ngàm kẹp -Bước 4: Tăng lực tác dụng bước 1N đạt đến giá trị 5N Giá trị momen tương ứng giá trị lực x 0.05m Xác định giá trị góc xoắn tương ứng thể kết bảng đồ thị SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 24 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường Tăng lực momen Xác định góc xoắn qua biểu đồ 4./ Tính tốn kết thí nghiệm: Tính trực tiếp: Với: + L: Chiều dài đồng + : Momen quán tính độc cực đồng +G= 5./ Kết thí nghiệm: Bài A: Biến dạng xoắn tròn Số liệu modun biến dạng G đồng đặc d (mm) L (mm) SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 Lực (N) Moment (N.m) Góc xoắn (00) G (Mpa) G trung bình (Mpa) 25 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường 350 0 0 350 0.05 9.4 234.1 350 0.10 12.7 346.6 350 0.15 15.8 417.8 350 0.20 19.5 451.4 350 0.25 22.9 480.5 d (mm) L (mm) Ip (m4) Moment (N.m) Góc xoắn (00) Momen xoắn L Góc xoắn Ip 350 7.952 0 0 350 7.952 0.05 9.4 17500 74.75 350 7.952 0.10 12.7 35000 100.1 350 7.952 0.15 15.8 52500 125.64 350 7.952 0.20 19.5 70000 155.1 350 7.952 0.25 22.9 87500 182.1 386.08 Số liệu modun biến dạng G đồng vành khuyên D (mm) d (mm) L (mm) Lực (N) Momen t (N.m) Góc xoắn (00) G (Mpa) G trung bình (Mpa) 1.6 350 0 0 777.8 SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 26 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường 1.6 350 0.05 3.2 850 1.6 350 0.10 6.7 812 1.6 350 0.15 10.1 808 1.6 350 0.20 15 725 1.6 350 0.25 19.6 694 D (mm) d (mm) L (mm) Ip (m4) Moment (N.m) Góc xoắn (00) Momen xoắn L Góc xoắn Ip 1.6 350 7.952 0 0 1.6 350 7.952 0.05 3.2 17500 25.45 1.6 350 7.952 0.10 6.7 35000 53.28 1.6 350 7.952 0.15 10.1 52500 80.32 1.6 350 7.952 0.20 15 70000 119.28 1.6 350 7.952 0.25 19.6 87500 155.86 Biểu đồ quan hệ góc xoắn momen hai đồng Bài B: Ảnh hưởng chiều dài đến góc xoắn Thanh đồng đặc SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 27 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường Góc xoắn (00) 300 Momen (N.m) 0.15 350 0.15 6.9 400 0.15 7.5 450 0.15 8.6 500 0.15 10.7 d (mm) L (mm) 6.1 Thanh đồng vành khuyên Góc xoắn (00) 300 Momen (N.m) 0.15 350 0.15 6.2 400 0.15 7.9 450 0.15 9.5 500 0.15 11.3 d (mm) L (mm) 5.7 Biểu đồ quan hệ góc xoắn momen hai đồng 6./ Nhận xét đánh giá kết thí nghiệm: -Qua thí nghiệm với đồng đặc ruột đồng vành khuyên ta có kết khác modun biến dạng G -Thanh đồng đặc ruột: có đường kính 3mm, chiều dài L = 350mm Khi ta tăng lực tác dụng N, momen góc xoắn lên modun biến dạng G tăng lên ( 234.1 – 336.6 – 417.8 – 451.4 – 480.5 Mpa) +Modun trung bình đồng đặc ruột: 386.08 Mpa -Thanh đồng vành khuyên: với đường kính d=1.6 mm, chiều dài L = 350mm, ta tăng lực tác dụng N, momen góc xoắn lên modun biến dạng G giảm xuống ( 850 – 812 – 808 – 725 – 693 Mpa ) +Modun trung bình đồng vành khuyên: 777.8 Mpa SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 28 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường  Thanh đồng vành khuyên có modun biến dạng lớn nên dễ bị đứt đồng đặc ruột BÀI DẦM CHỊU UỐN 1./ Mục đích thí nghiệm: -Xác định phản lực dầm - Xác định modun đàn hồi E vật liệu 2./ Thiết bị thí nghiệm: Máy mơ STR 13 dùng Thước thép để tìm phản lực Thước thép SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 29 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường Thước kẹp Cân điện tử 3./ Trình tự thí nghiệm: -Bước 1: Xác định kích thước mẫu thí nghiệm -Bước 2: khoảng cách nhịp định SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 Đặt mẫu vào gối đỡ với sẵn 30 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường -Bước 3: Đặt tải trọng lên dầm với khoảng cách tăng dần tương ứng - SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 Bước Xác phản gối 4: định lực 31 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường -Bước 5: Xác định độ võng nhịp -Bước 5: So sánh kết lý thuyết thực nghiệm vẽ đồ thị so sánh 4./ Tính tốn kết thí nghiệm: Bài A: Dầm hai đầu kê tự -Xác định phản lực gối A P RA (mm (N) (N) A ) P 40 4.9 3.8 80 4.9 3.4 120 4.9 L 160 4.9 RB 2.6 RA 200 4.9 2.2 R’A = 240 4.9 1.7 280 4.9 1.2 R’B= 320 4.9 0.9 360 4.9 0.4 R’A (N) RB (N) R’B (N) 0.5 0.9 1.4 1.8 2.2 2.7 3.1 3.6 RA+RB (N) 4.3 4.3 4.4 4.4 4.4 4.4 4.3 4.5 4.4 -Xác định độ võng nhịp cố định tải trọng thay đổi nhịp dầm L/2 P L P (N) (mm) 400 4.9 350 4.9 300 4.9 250 4.9 200 4.9 RB L = : Độ võng RA (mm ) 6.8 1.71 0.87 (mm ) L3 nhịp -Xác định độ võng thay đổi tải trọng L P (N) (mm) 400 400 0.98 400 1.96 400 2.94 400 400 3.92 409 (mm ) 0.02 1.79 4.09 (mm ) L3 5.75 6.8 SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 32 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường Bài B: Dầm đầu ngàm đầu tự -Xác định phản lực gối L/2 P MA RA L RB -RA, RB: Giá trị phản lực đo -R’A, R’B: Giá trị phản lực tính theo lý thuyết -M: Giá trị momen đo -M’: Giá trị momen tính theo lý thuyết Phản lực dầm đầu ngàm, đầu tự A (mm) 40 80 120 160 200 240 280 320 P (N) 4.9 4.9 4.9 4.9 4.9 4.9 4.9 4.9 RA (N) 4.8 4.7 4.4 3.6 3.1 2.6 2.1 SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 R’A (N) RB (N) 0.1 0.2 0.5 0.9 1.3 1.8 2.3 2.8 R’B (N) M (N.m) 2.9 5.2 7.7 7.7 7.4 6.3 5.1 M’ (N.m) RA+RB (N) 33 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu 360 4.9 1.5 SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 GVHD: Lê Thanh Cường 3.4 3.6 34 /34 ... trượt G đồng đặc đồng vành khuyên -Thi? ??t lập mối quan hệ momen xoắn góc xoắn -Thi? ??t lập mối quan hệ góc xoắn chiều dài 2./ Thi? ??t bị thí nghiệm: 3./ Thước thépSVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105... modun đàn hồi E thép 3./ Thi? ??t bị thí nghiệm: SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 13 /34 Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu Máy nén thủy lực WAW 1000-E Cân điện tử SVTH: Trần Đức Thanh MSSV:... giới hạn bền thép -Xác định độ dãn dài tương đối thép 3./ Thi? ??t bị thí nghiệm: Máy nén thủy lực WAW-1000E BÀI THÍ NGHIỆM KÉO THÉP (mẫu 1) SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 /34 Báo cáo thí nghiệm