Bài 1 Thí Nghiệm Kéo Thép.pdf

BÀI 1: THÍ NGHIỆM KÉO THÉP - Tìm hiểu quan hệ lực tải trọng và biến dạng khi kéo mẫu thép.. - Xác định một số đặc trưng cơ học của thép: Giới hạn chảy ??; Giới hạn bền ?; Độ giãn dài tư

TRƯ Ờ NG Đ Ạ I H Ọ C K Ỹ THU Ậ T – CÔNG NGH Ệ

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN: TRẦN ĐĂNG KHOA

MỤC LỤC

BÀI 1: THÍ NGHIỆM KÉO THÉP 1

BÀI 2: THÍ NGHIỆM KÉO GANG 8

BÀI 3: THÍ NGHIỆM NÉN THÉP 10

BÀI 4: THÍ NGHIỆM NÉN GANG 13 Bài 5: XÁC Đ䤃⌀NH MODUN ĐÀN H퐃

BÀI 1: THÍ NGHIỆM KÉO THÉP

- Tìm hiểu quan hệ lực (tải trọng) và biến dạng khi kéo mẫu thép

- Xác định một số đặc trưng cơ học của thép:

Giới hạn chảy (𝜎𝑐);

Giới hạn bền ( 𝑏);

Độ giãn dài tương đối (δ);

Độ co thắt tỉ đối (ѱ);

- Giúp sinh viên có cái nhìn trực quan về các giai đoạn biến đổi của thép khi thí nghiệm

- Xác định đường kính của thép của thép xây dựng

- Để nhận biết và lựa chọn thép cho hợp lý và giảm chi phí không cần thiết

1.2 Cơ sở lí thuyết:

- Thanh chịu kéo nén đúng tâm là thanh mà trên mặt cắt ngang chỉ có một thành phần nội lực là lực dọc Nz

- Các giả thuyết làm cơ sở tính toán cho thanh chịu kéo nén đúng tâm:

- Giả thuyết mặt cắt ngang: Mặt cắt ngang trước và sau khi chịu lực vẫn phẳng và vuông góc với trục thanh

- Giả thuyết vật liệu: thép đồng chất và theo tiêu chuẩn xây dựng

- F0 : diện tích mặt cắt ngang của mẫu lúc ban đầu

- F1 : diện tích mặt cắt ngang của mẫu thử tại vị trí bị đứt

- L0 : chiều dài tính toán ban đầu của mẫu thử - L1 : chiều dài tính toán sau khi đứt của mẫu thử

1.3 Chuẩn bị thí nghiệm:

- Kiểm tra lại các dụng cụ đo

- Chuẩn bị mẫu thép thí nghiệm gồm: 1 thép xây dựng và 1 thép tiêu chuẩn dùng cho thí nghiệm

- Xác định các thông số thép tiêu chuẩn:

- Bộ ngàm kẹp (gripping devices)

- Thước thẳng bằng hợp kim có độ chính xác 1 cm

- Thước kẹp bằng hợp kim có độ chính xác 0,02 cm

- Dụng cụ kẻ vạch trên mẫu thử ( giũa “ba lá” )

- Giấy vẽ biểu đồ (có chia lưới )

1.5 Tiến hành thí nghiệm:

- Thí nghiệm kéo được tiến hành trên máy kéo nén

- Mở valve gia tải, cho mẫu thép thí nghiệm vào, sao cho vạch hướng ra ngoài để quan sát

đồng thời thanh thép phải nằm đối xứng Đóng valve gia tải - Khởi động thiết bị thí

nghiệm, cho gia tải tăng dẫn

- Quan sát các biến đổi của thanh thép khi tăng dần gia tải

- Xác định điểm C nằm trên vạch cách điểm B(N-n-1)/2 khoảng chia

- Xác định D nằm trên vạch cách điểm C 1 khoảng chia

- Đo khoảng cách LAB, LBC ,LCD

Đường kính D0 (cm)

Đường kính D1 (cm)

Độ giãn dài tương đối: x100% 1.73%

Tính độ co thắt tỷ đối : x100%

Với 𝑑0, 𝑑1 là đường kính ban đầu và khi bị đứt của mẫu

𝐹0, 𝐹1 là diện tích của tiết diện ban đầu và khi bị đứt của mẫu

Qua thí nghiệm ta xác định được: Pch= 29038.70(N) N, Pb= 47319.78 (N)

Giới hạn chảy: (kG/cm2) Giới

hạn bền: (kG/cm2)

Tính toán kết quả thí nghiệm :

Diện tích tiết diện ngang danh nghĩa: 𝜙=16.08cm

tế: - Ftt thực

+ 𝛾𝑡= 7850 daN/m3 = 7,85.10-3 g/cm3 + l= 503,6cm

Với 𝑑0, 𝑑1là đường kính ban đầu và khi bị đứt của mẫu

𝐹0, 𝐹1 là diện tích của tiết diện ban đầu và khi bị đứt của mẫu

 ψ = x100%= 17,78 % Qua thí nghiệm ta xác định được: Pch= 29966.84 N, Pb= 47027.85 (N)

+ 𝛾𝑡= 7850 daN/m3 = 7,85.10-3 g/cm3 + l= 504,0 cm

Với 𝑑0, 𝑑1 là đường kính ban đầu và khi bị đứt của mẫu

𝐹0, 𝐹1 là diện tích của tiết diện ban đầu và khi bị đứt của mẫu

Qua thí nghiệm ta xác định được: Pch= 29382.29 N, Pb= 49504.91 (N)

Tính toán kết quả thí nghiệm:

Diện tích tiết diện ngang danh nghĩa: 𝜙=16,08 cm

- Fdn = 203,07(cm2)

Diện tích tiết

tế: - Ftt thực

+ 𝛾𝑡= 7850 daN/m3 = 7,85.10-3 g/cm3 + l= 505,5cm

▪ GĐ2: Giai đoạn chảy dẻo: P thay đổi không đáng kể nhưng L vẫn tăng

▪ GĐ3: Giai đoạn tái bền: P và L theo một đường cong không xác định

1.8 Nhận xét, giải thích kết quả thí nghiệm:

-Sau khi kẹp mẫu, bắt đầu tăng lực từng cấp Trong giai đoạn đầu, ta thấy lực tăng và biến dạng cũng tăng theo P và ∆L quan hệ với nhau theo đường thẳng bậc nhất Giai đoạn này gọi là giai đoạn đàn hồi

p

-Sau đó tiếp tục gia tải nhưng đồng hồ tải trọng tăng không đáng kể trong khi đồng hồ

đo biến dạng tăng nhanh đồ thị có dạng đường cong gần như nằm ngang Giai đoạn này gọi

là giai đoạn chảy dẻo Ta xác định được Pch của từng mẩu, ứng suất của giới hạn chảy

ch - Tiếp tục gia tải đồng hồ đo tải trọng tăng và đồng hồ biến dạng cũng tăng, như vậy vật liệu bắt đầu đối phó với lực, đồ thị có dạng đường cong không theo hàm xác định của từng mẩu Giai đoạn này gọi là giai đoạn tái bền, xác định được Pb , ứng suất của giới hạn bền là b và tại vị trí này mẫu bắt đầu xuất hiện eo thắt

-Tiếp tục gia tải ta thấy đồng hồ đo biến dạng tăng nhưng đồng hồ tải trọng có hiện tượng giao động và một lúc sau, xuất hiện tiếng nổ và mẫu bị đứt tại vị trí nút thắt

Mẫu sau khi bị phá hủy

BÀI 2: THÍ NGHIỆM KÉO GANG

• Tìm hiểu giữa lực (tải trọng) và biến dạng khi kéo mẫu

• Xác định giới hạn bền khi kéo (𝜎𝑏𝑘 )của gang, vì gang là vật liệu giòn nên không

có

• Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa P-∆L có dạng:

Quan hệ giữa P-∆L khi kéo gang

• Điều chỉnh kim chỉ lực về vị trí “0” trên đồng hồ

• Chọn ngàm kéo thích hợp với kích thước đầu ngàm mẫu

• Kẹp mẫu vào ngàm kéo

• Mở valve gia tải, điều chỉnh máy cho lực kéo tăng từ từ

• Trong quá trình kéo chú ý đọc giá trị Pbk trên đồng hồ (hoặc đọc trn biểu đồ)

• Khi mẫu đứt,xả áp lực dầu,tắt máy và lấy mẫu ra khỏi máy

Giá trị giới hạn bền kéo: (kG/cm2)

Pbk: giá trị bền kéo của vật liệu

F0: Diện tích tiết diện mẫu thử

đồ P-∆L

• Đồ thị P-∆L lí thuyết và thực nghiệm giống nhau gồm 2 giai đoạn ▪ Giai đoạn 1: Giai đoạn đàn hồi, P và ∆L quan hệ tuyến tính

▪ Giai đoạn 2: Mẫu đứt khi P đạt Pb mà không có giai đoạn chảy dẻo

Một số tính chất cơ học của gang và so sánh với thép:

▪ Gang là vật liệu giòn, biến dạng của gang tăng ít khi P tăng

▪ Quá trình phá huỷ của gang trải qua 2 giai đoạn,thép thì 3 giai đoạn

▪ So với thép thì biến dạng của gang ít hơn khi tăng tải P

Gang chỉ tồn tại giới hạn bền khi kéo

BÀI 3: THÍ NGHIỆM NÉN THÉP

• Quan sát biến dạng của mẫu thép khi chịu nén

• Xác định đặc trưng cơ học của thép: giới hạn chảy (𝜎𝑐) của thép khi chịu nén

Đồ thị quan hệ giữa lực nén P và biến dạng dài ∆L của mẫu thí nghiệm nén có dạng:

Hình 3.1Quan hệ giữa lực nén P và biến dạng dài ∆L

Hình 3.2 Mẫu thí nghiệm

Mẫu có dạng hình trụ tròn (H3.2) hoặc lăng trụ đa giác với kích thước

d0 : đường kính ban đầu của mẫu

h0 : chiều cao ban đầu của mẫu

h khi nén)

• Máy kéo nén đa năng (Capacity=1000kN)

• Thước kẹp có độ chính xác 0.02cm

• Giấy vẽ biểu đồ (có chia ô lưới sẵn)

• Đo d0, h0 với mẫu trong thí nghiệm này thì d0=8cm, h0=20cm

• Gắn và điều chỉnh bàn nén, điều chỉnh cho mẫu đứng thẳng và đúng tâm

• Chọn đối tượng thích hợp,đưa kim chỉ lực về “0”

• Gắn giấy vẽ vào rulô, kiểm tra kim chỉ lực và bút vẽ trên rulô

• Mở valve gia tải, cho lực tăng từ từ

• Theo dõi đồng hồ lực và biến dạng, đọc lực Pch ở giai đoạn chảy, tiếp tục tăng lực đến 70÷80% cấp tải đang sử dụng thì dừng lại hay khi mẫu bị co ngắn khoảng 50% thì xả áp lực và lấy mẫu ra ngoài

Hình dạng của mẫu thử sau quá trình chịu lực:

Hình trụ (ban đầu) Hình trống (khi nén xong) Biểu

đồ quan hệ P-∆L:

Tính chất cơ học của thép khi chịu nén

Thép là vật liệu chịu nén tốt, không bị phá huỷ đứt như khi bị kéo

Trong quá trình nén thì việc xác định Pch là rất khó khăn

Hai quá trình nén, kéo cho P tăng nhiều, ∆L tăng ít khi nén

Giải thích dạng mẫu thép và dạng phá hỏng sau khi thí nghiệm

Mẫu có dạng hình trống sau khi nén là do dưới tác dụng của lực P và ma sát bàn nén, nó

cản trở sự phình to hai đầu dẫn tới mẫu có dạng hình trống( khác với giả thuyết là dạng

BÀI 4: THÍ NGHIỆM NÉN GANG

Tìm hiểu quan hệ giữa lực và biến dạng khi nén gang

Xác định giới hạn bền khi chịu nén (𝜎𝑏𝑛) của gang

Đo d0, h0

Gắn và điều chỉnh bàn nén,khớp cầu

Đặt mẫu vào bàn nén , điều chỉnh mẫu thẳng đứng và đúng tâm

Chọn đối tượng thích hợp,đưa kim chỉ lực về “0”

Gắn giấy vẽ vào rulô, kiểm tra kim chỉ lực và bút vẽ trên rulô

- Các giả thuyết làm cơ sở tính toán cho thanh chịu kéo nén đúng tâm:

+ Giả thuyết mặt cắt ngang: MCN trước và sau khi chịu lực vẫn phẳng và vuông góc với trục thanh

+ Giả thuyết về các thớ dọc: trong quá trình chịu lực các thớ dọc không bị chèn ép lên nhau, các thớ dọc trước và sau khi chịu lực vẫn song song với nhau

p

+ Dưới tác dụng của lực kéo nén đúng tâm, trên mặt cắt ngang chỉ có 1 thành phần ứng suất z.

+Quan hệ giữa ứng suất và lực: z = P/F

Mẫu có dạng hình trụ tròn (H3.2) hoặc lăng trụ đa giác với kích thước

d0 : đường kính ban đầu của mẫu

h0 : chiều cao ban đầu của mẫu

Mở valve gia tải, cho lực tăng từ từ

Theo dõi đồng hồ, đọc giá trị Pbn ( hay đọc trên biểu đồ) Khi

mẫu bị phá hỏng thì dừng lại: xả áp lực và lấy mẫu ra

Giới hạn bền khi nén:

𝑃𝑏𝑛: tải trọng khi mẫu bị phá hoại

F0: tiết diện mẫu, F

Dạng của mẫu thử sau khi thí nghiệm:

Ban đầu Bị phá hoại

Độ bền thấp, giới hạn bền kém < 400-400 MPa (thường nằm trong khoảng 150400MPa) chỉ bằng nửa của thép thông dụng (1/3-1/5 thép hop kim)

- Độ dẻo thấp, được xem là vật liệu giòn So sánh tính chất của gang và thóp:

Từ thí nghiệm trên, ta thấy tính dẻo, độ bốn của thép vượt trội gang Tuy nhiên trong một

số giới hạn cụ thể người ta có thể sử dụng gang thay thép cho thầy gang (vật liệu giòn) chịu nên tốt hơn chịu kéo và do đó cũng được sử dụng thích hợp trong các kết cấu nên

Bài 5: XÁC Đ䤃⌀NH MODUN ĐÀN H퐃

kiểm nghiệm lại định luật Hooke

5.2 Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm:

- Thước kẹp, thước lá, đồng hồ sơ -

Bộ phận treo và các quả cân

5.3 Chuẩn bị thí nghiệm:

- Đo các kích thước chiều rộng và chiều cao của tiết diện mặt cắt ngang của dầm: B(mm), h(mm), suy ra Momen quán tính

-Dự tính Pmax sao cho vật liệu làm việc trong giới hạn đàn hồi cấp tải trọng thích hợp

Gá các chuyển vị kếm, di chuyển giá quả cân vào đúng vị trí thích hợp

- Đo các khoảng cách La(mm), Lb(mm) với La vị trí đặt đồng hồ so, Lb là vị trí dặt giá treo - Gá đồng hồ so tại đầu A, chúng ta chỉ đo chuyển vị ở đầu A Không đo chuyển vị

ở đầu B

- Lập bảng ghi kết quả thí nghiệm

5.4 Cơ sở lí thuyết:

- Xét dầm công xôn liên tục chịu lực

- Mặt phẳng chứa trục thanh Z và trục quá tính chính trung tâm X hoặc Y của tiết diện gọi

là phẳng quán tính chính của thanh

- Nếu mặt phẳng uốn trùng với mặt phẳng quán tính chính của thanh thì gọi là thanh chịu lực ngang phẳng - Các giả thuyết:

+ Trước vàn sau biến dạng tiết diện của thang vẫn phẳng, vuông góc với trục thanh không ứng suất tiếp trên các mặt

+ các vật liệu dọc trục thanh không tác dụng tương thổ lên nhau, có thể bỏ qua các thành ứng suất pháp trên các mặt song song với trục:𝜎𝑥 ≈ 𝜎𝑦 ≈ 0

+Dưới tác dụng của tải trọng P, sử dụng các phương pháp chuyển vị như: phương pháp phân không định hạng, phương pháp tải trọng giả tạo, phương pháp thông số ban đầu, phương pháp nhân biểu đồ, ta có các kết quả sao:

Điểm đo chuyển vị

Lc (mm)

Chuyển vị tại điểm cần đo (mm)

- Lần lượt đặt các quả cân có trọng lượng 1kg vào móc treo tại vị trí B và đọc chuyển

đồng hồ so đặt tại A và có bảng giá trị như sau:

Ya = 0.0158 (mm)

Khi P=4:

Y b

Y b

- Nhận xét về sự tuyến tính của các số gia tải trọng không đổi

- Nhận xét sai số giữ kết quả thí nghiệm với các kết quả trong lý thuyết

- Tìm ra nguyên nhân gây ra sai số nếu có: