Bài 1 Thí Nghiệm Kéo Thép.pdf

lOMoARcPSD|38544120 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN NGUYỄN THANH TUẤN HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN: TRẦN ĐĂNG KHOA TRẦN TRẦN TRẦN(Nhóm 3) MSSV: 2100974 LỚP: CNXD0121 Cần Thơ, Ngày 05 tháng 11 năm 2022 ******************** Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 BÁO CÁO THỰC TẬP SỨC BỀN VẬT LIỆU 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 H퐃I C唃ऀA THÉP 16 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 BÀI 1: THÍ NGHIỆM KÉO THÉP 1.1 Mục đích thí nghiệm: - 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 - Đặc trưng tính bền: Ptl tl * Giới hạn tỷ lệ: F0 Pch ch 1 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 * Giới hạn chảy: F0 Pb b * Giới hạn bền: F0 - Đặc trưng tính dẻo: s (%) L1 L0 100% * Độ giãn dài tương đối: L0 (%) F0 F1 100% * Độ thắt tỉ đối: F0 Trong đó: - 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: + Dùng thước kẹp xác định đường kính d0 + Chọn chiều dài L0= 10d0 + Vạch chia đoạn L0 thành 10 đoạn nhỏ bằng nhau 1.4 Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm: - Máy kéo (testing machine) 2 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 - 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 1.6 Phép tính, Kết quả: ❖ Bảng số liệu (Nhóm 3) Chiều dài Chiều Đường Đường Giới hạn Giới hạn bền Khối L0(cm) dài kính D0 kính D1 chảy (N) (N) lượng (g) L1(cm) (cm) (cm) Mẫu 1 50.36 29038.70 47319.78 744.26 Mẫu 2 50.40 51.23 16.08 14.36 29966.84 47027.85 751.33 Mẫu 3 50.55 51.45 16.20 14.69 29382.29 49504.91 747.86 51.82 16.08 14.46 Mẫu 1 3 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 Độ giãn dài tương đối: x100% 1.73% Tính độ co thắt tỷ đối : x100% Với d0=16,08 cm => F d = 161,96 (cm2) 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  ψ = x100% =20,24% 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 - Fdn tích tiết Diện ngang diện tế: - Ftt thực + 𝛾𝑡= 7850 daN/m3 = 7,85.10-3 g/cm3 + l= 503,6cm  Ftt Mẫu 2 Độ giãn dài tương đối: x100% x100% =2,08% Tính độ co thắt tỷ đối : x100% Với d0=16,20 cm d1=14,69 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 4 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120  ψ= x100%= 17,78 % Qua thí nghiệm ta xác định được: Pch= 29966.84 N, Pb= 47027.85 (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=16,20 cm - Fdn tích tiết Diện ngang diện tế: - Ftt thực + 𝛾𝑡= 7850 daN/m3 = 7,85.10-3 g/cm3 + l= 504,0 cm  Ftt Mẫu 3 Độ giãn dài tương đối: x100% x100% = 2,51 % Tính độ co thắt tỷ đối : ψ = x100% Với d d 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  ψ= x100%= 19,07 % Qua thí nghiệm ta xác định được: Pch= 29382.29 N, Pb= 49504.91 (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=16,08 cm - Fdn = 203,07(cm2) 5 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 Diện tích tiết diện ngang thực tế: - Ftt + 𝛾𝑡= 7850 daN/m3 = 7,85.10-3 g/cm3 + l= 505,5cm  Ftt 1.7 Biểu đồ: p Δ L Hình 1.1 Quan hệ (P-∆𝐿) v ( − ) khi kéo thép ▪ GĐ1: Giai đoạn đàn hồi: P và L quan hệ bậc nhất với nhau, khi lực P thôi tác dụng L= 0 ▪ 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 6 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 -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 ❖ Một số hình ảnh trong quá trình thí nghiệm: Mẫu thử thí nghiệm 7 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 Mẫu sau khi bị phá hủy BÀI 2: THÍ NGHIỆM KÉO GANG 2.1 Mục đích thí nghiệm: • 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 2.2 Cơ sở lí thuyết: • Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa P-∆L có dạng: p Quan hệ giữa P-∆L khi kéo gang • Giới hạn bền kéo: 2.3 Mẫu thí nghiệm: theo TCVN 197-1985 ,tương tự mẫu thép 2.4 Thiết bị thí nghiệm: • Máy kéo nén đa năng (Capacity=1000kN) 8 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 • Thước kẹp có độ chính xác 0.02cm • Giấy vẽ biểu đồ (có chia ô lưới sẵn) 2.5 Chuẩn bị thí nghiệm: • Dùng dụng cụ chà thật sạch bụi than ở 2 đầu mẫu thử • Đo 𝑑0 (mẫu tròn) • Chọn đối trọng thích hợp • 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 2.6 Tiến hành thí nghiệm: • 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 2.7 Tính toán kết quả thí nghiệm: Giá trị giới hạn bền kéo: (kG/cm2) Pbk: giá trị bền kéo của vật liệu F0: Diện tích tiết diện mẫu thử 2.8 Nhận xét,giải thích kết quả thí nghiệm: Nhận xét dạng biểu 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 9 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 BÀI 3: THÍ NGHIỆM NÉN THÉP 3.1 Mục đích thí nghiệm: • 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 3.2 Cơ sở lí thuyết: 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 3.3 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) 3.4 Dụng cụ thí nghiệm: 10 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 • Máy kéo nén đa năng (Capacity=1000kN) • Thước kẹp có độ chính xác 0.02cm • Giấy vẽ biểu đồ (có chia ô lưới sẵn) 3.5 Chuẩn bị thí nghiệm: • 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 3.6 Tiến hành thí nghiệm: • 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 3.7 Kết quả thí nghiệm: 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: 3.8 Nhận xét, giải thích kết quả thí nghiệm: 11 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 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 lăng trụ tròn) 12 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 BÀI 4: THÍ NGHIỆM NÉN GANG 4.1 Mục đích thí nghiệm: Tìm hiểu quan hệ giữa lực và biến dạng khi nén gang Xác định giới hạn bền khi chịu nén (𝜎𝑏𝑛) của gang 4.2 Chuẩn bị thí nghiệm: 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 4.3 Cơ sở lí thuyết: Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lực nén P và biến dạng dài ∆L của mẫu thí nghiệm nén có dạng: p Quan hệ P-∆L khi nén gang -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: 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 13 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 + 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 4.4 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 4.5 Dụng cụ thí nghiệm: Máy kéo nén đa năng (Capacity=1000kN) Thước kẹp có độ chính xác 0.02cm Giấy vẽ biểu đồ (có chia ô lưới sẵn) 4.6 Tiến hành thí nghiệm: 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 4.7 Tính toán kết quả thí nghiệm: 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: 14 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 Ban đầu Bị phá hoại 4.8 Nhận xét kết quả thí nghiệm và giải thích: 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 15 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 Bài 5: XÁC Đ䤃⌀NH MODUN ĐÀN H퐃I C唃ऀA THÉP 5.1 Mục đích thí nghiệm: - Xác định modun đàn hồi E của thép, đồng thông qua đó 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: 16 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 YB YA Yc - Sau khi dùng đồng hồ so xác định các chuyển vị thẳng đứng từ các điểm A, thì ta có thể modun đàn hồi theo một trong 3 công thức sau: E= E= E= 5.5 Tiến hành thí nghiệm: ❖ Bảng số liệu: Chiều dài Điểm đặt Điểm đo Chuyển vị Tiết diện Tiết diện Lưc P La (mm) lực chuyển vị tại điểm b (mm) H (mm) (kg) Lc (mm) cần đo Lb(mm) (mm) 17 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 450 425 400 0,0157 30 60 1 450 425 400 0,0314 30 60 2 450 425 400 0,0472 30 60 3 450 425 400 0,0629 30 60 4 450 425 400 0,0786 30 60 5 450 425 400 0,0943 30 60 6 - 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: Lần thứ i Tải trọng P1(kg) Trị số chuyển vị Yai(mm) 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 Khi P=1: Yb- Ya = 0.0158 (mm) Yc 18 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com)