Mục đích thí nghiệm: Tìm sự liên hệ giữa lực và biến dạng của vật liệu khi kéo mẫu, từ đó xác định đặc trưng cơ tính của vật liệu bao gồm: - Giới hạn chảy σch - Giới hạn bền σb - Độ dã
Trang 1Bài 1: THÍ NGHIỆM KÉO MẪU THÉP
I Mục đích thí nghiệm:
Tìm sự liên hệ giữa lực và biến dạng của vật liệu khi kéo mẫu, từ đó xác định đặc trưng cơ tính của vật liệu bao gồm:
- Giới hạn chảy σch
- Giới hạn bền σb
- Độ dãn dài tương đối khi đứt δ %
- Độ thắt tương đối ψ %
II Cơ sở lý thuyết:
Thanh chịu kéo hay nén đúng tâm là thanh mà trên mọi mặt cắt ngang chỉ có một thành phần nội lực là lực dọc Nz
Các giả thuyết làm cơ sở cho thanh chịu kéo đúng tâm:
- Giả thuyết mặt cắt ngang: Mặt cắt ngang ban đầu là phẳng và thẳng góc với trục của thanh thì sau khi biến dạng vẫn phẳng và thẳng góc với trục của thanh
- Giả thuyết về các thớ dọc: Trong quá trình biến dạng, các thớ dọc không ép lên nhau, cũng không đẩy nhau, các thớ dọc của thanh trước và sau khi biến dạng vẫn song song với nhau
- Dưới tác dụng của lực kéo hay nén đúng tâm, trên mặt cắt ngang chỉ có một thành phần ứng suất pháp σZ
- Quan hệ giữa ứng suất và lực:
F
P
Z =
σ (kg/mm2, N/mm2)
III Chuẩn bị thí nghiệm:
- Đo kích thước
• Đường kính mẫu thép trước khi kéo: d0 = 12 (mm)
• Tiết diện mẫu thép trước khi kéo: F0 = ( )
4
12 4
π d =
= 113 (mm2)
• Chiều dài mẫu thép trước khi kéo: L0 = 10d0 = 120 (mm)
- Khắc vạch trên mẫu
L0 = 10d0 = 10 khoảng chia
d0
< d0
d0 > d0 V?ch trung tâm
Vạch trung tâm
Trang 2Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang Trang 2
Sơ bộ
Sơ bộ
Sơ bộ
C
D
B
A
P
∆L
6700
5800
5700
O
- Dự đoán tải trọng :
0
F
PB
B =
σ => P
B = 60 ( )
4
122
- Điều chỉnh cấp tải trọng, điều chỉnh kim đồng hồ về 0
- Điều chỉnh hai ngàm kẹp của máy kéo – nén thích hợp với hai đầu kẹp mẫu
- Đặt mẫu vào ngàm kẹp và kẹp chặt mẫu, kiểm tra kim chỉ lực
IV Tính toán kết quả:
Pđh = 5760 (Kg); Pch = 5800 (Kg); Pb = 6700 (kg)
113
5760
0
=
=
=
F
P dh
dh
)
113
5800
0
=
=
=
F
P ch
ch
)
113
6700
0
=
=
=
F
Pb
b
)
* Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực P và biến dạng ∆L
* Mẫu đứt nằm trong các khoảng chia còn lại
Đo được:
• Chiều dài mẫu thép sau khi kéo là: L1 = 155 (mm)
• Đường kính mẫu thép sau khi kéo là: d1 = 8 (mm)
• Tiết diện mặt cắt sau khi kéo là: F1= ( ) 50
4
8 4
2 2
π d
(mm2)
Các khoảng chia còn lại
Trang 3+ Độ dãn dài tương đối khi bị đứt:
% 17 , 29 100 120
120 155 100
%
0
0
=
L
L L δ
+ Độ thắt tương đối:
% 8 , 55 100 113
50 113 100
%
0
1
=
F
F F ψ
V Nhận xét:
Trên đồ thị
- OA : Giai đoạn đàn hồi, tương quan giữa P và ∆L là bậc nhất Lực lớn nhất trong giai đoạn này là lực tỉ lệ (hay lục đàn hồi)
- AB : Giai đoạn chảy, lực kéo không tăng nhưng biến dạng tăng liên tục Lực
kéo tương ứng là lực chảy
- BCD : Giai đoạn củng cố (tái bền), tương quan giữa lực P và ∆L là đường
cong Lực lớn nhất là lực bền
Tiết diện chỗ bị đứt nhỏ hơn so với tiết diện ban đầu (hình thành cổ thắt) do chịu tác dụng của tải trọng cao nhất Pb, trong kim loại xảy ra biến dạng cục bộ Lúc đó tuy tải trọng tác dụng giảm đi mà biến dạng vẫn tăng, kim loại ở chổ biến dạng cục bộ bị đứt
và đi đến phá hủy ở điểm D (như trên đồ thị)
Trang 4Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang Trang 4
Sơ bộ
Sơ bộ
d 0
Mẫu thí nghiệm
Bài 2: THÍ NGHIỆM NÉN MẪU GANG
I Mục đích thí nghiệm:
Tìm sự liên hệ giữa lực và biến dạng của vật liệu khi nén mẫu, từ đó xác định đặc trưng cơ tính của vật liệu:
- Giới hạn bền σb đối với gang
II Cơ sở lý thuyết:
Thanh chịu kéo hay nén đúng tâm là thanh mà trên mọi mặt cắt ngang chỉ có một thành phần nội lực là lực dọc Nz
Các giả thuyết làm cơ sở cho thanh chịu nén đúng tâm:
- Giả thuyết mặt cắt ngang: Mặt cắt ngang ban đầu là phẳng và thẳng góc với trục của thanh thì sau khi biến dạng vẫn phẳng và thẳng góc với trục của thanh
- Giả thuyết về các thớ dọc: Trong quá trình biến dạng, các thớ dọc không ép lên nhau, cũng không đẩy nhau, các thớ dọc của thanh trước và sau khi biến dạng vẫn song song với nhau
- Dưới tác dụng của lực kéo hay nén đúng tâm, trên mặt cắt ngang chỉ có một thành phần ứng suất pháp σZ
- Quan hệ giữa ứng suất và lực:
F
P
Z =
σ (kg/mm2, N/mm2)
III Chuẩn bị thí nghiệm:
- Đo kích thước
• Đường kính mẫu gang trước khi nén: d0 = 20 (mm)
• Tiết diện mặt cắt ngang của mẫu gang trước khi nén:
4
20 4
π d =
= 314 (mm2)
• Chiếu cao mẫu gang trước khi nén: h = 35 (mm)
- Dự đoán tải trọng thích hợp
0
F
PB
B =
=> PB = 110 × 314 = 34540 (Kg)
- Điều chỉnh cấp tải trọng, điều chỉnh kim đồng hồ về 0
- Điều chỉnh hai ngàm kẹp của máy kéo – nén thích hợp
với chiều cao của mẫu
- Đặt mẫu vào ngàm nén, chú ý đặt mẫu sao cho nén được
đúng tâm, kiểm tra kim chỉ lực
Trang 5P
26600
IV Tính toán kết quả:
Sau khi tiến hành thí nghiệm ta có PB = 26600 (kg), giới hạn bền của gang khi nén là:
85 314
26600
0
≈
=
=
F
P B
B
)
* Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực P và biến dạng ∆L
V Nhận xét:
* Đối với vật liệu dòn (gang) không có bất kì biến dạng dẻo nào, ngoài thể hiện biến dạng đàn hồi Một đặc trưng của phá hủy dòn là 2 mặt vỡ có thể ghép lại với nhau để khôi phục nguyên dạng vật liệu ban đầu Đường cong ứng suất biến dạng đối với vật liệu dòn có dạng tuyến tính.Thử cơ tính đối với nhiều mẫu như nhau sẽ có nhiều kết quả ứng suất phá hủy khác nhau.
Độ bền kéo rất nhỏ so với độ bền nén và nó thường được cho là bằng 0 đối với nhiều ứng dụng.Có thể giải thích là do Hệ số cường độ ứng suất gắn với các khuyết tật trong vật liệu
* Khi P đạt đến giá trị PB thì mẫu bị phá vỡ, do trên bề mặt tiếp xúc giữa mẫu và bàn nén không có bôi trơn nên vết nứt nghiêng một góc 450 so với phương của trục Tiết điện mặt cắt bị phá hỏng trong thí nghiệm trên là một hình elíp
Trang 6Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang Trang 6
Bài 3: XÁC ĐỊNH MÔĐUN ĐÀN HỒI TRƯỢT G
I Mục đích thí nghiệm:
Nhằm xác định môđun đàn hồi trượt G của thép và đồng, kiểm nghiệm định luật
Hooke
II Cơ sở lý thuyết:
Khi xoắn thuần túy thanh mằt cắt ngang hình tròn, góc xoắn tương đối giữa hai mặt cắt ngang A và B cách nhau một đoạn LAB là:
P
AB Z AB
J G
L M
.
.
=
P AB AB Z
J
L M G
.
.
ϕ
=
Trong đó: MZ : mômen xoắn
JP : mômen quán tính độc cực của mặt cắt ngang
Nếu xác định được MZ, JP, LAB và đo được ϕAB thì có thể suy ra môđun đàn hồi trượt G
III Chuẩn bị thí nghiệm:
1 Quả cân
2 Thanh treo quả cân
3 Ổ lăn
4 Đồng hồ so
5 Thanh ngang
6 Dầm
7 Ngàm
- Đo các kích thước:
• Đường kính mẫu d = 26 (mm)
• Khoảng cách LAB = 129,5 (mm); a = 169 (mm); b = 350 (mm)
44864 32
26 32
≈
=
JP
A’
A
b
a
B’
P
1
2
3
4
5
6
7
Mô hình thí nghiệm
Trang 7- Đặt các chuyển vị kế tựa vào thanh ngang
- Bảng ghi kết quả thí nghiệm:
Số đọc trên chuyển vị kế
Lần
đặt
tải
thứ i
Tải trọng
Pi (Kg)
IV Tính toán kết quả:
Ta có:
4 ' ' 4
32
32
d B A
L b a P d
L b P J
L M G
i i
AB i
AB i
AB i P
AB i
AB Z
- Ứng với mỗi tải trọng Pi suy ra:
Môđun
đàn hồi
Gi
Tải trọng Pi
- Vậy môđun đàn hồi trượt G của thép là:
Gthép= ∑ =
=
4
4
1
i i G
7398,7 (Kg/mm2)
- Vậy môđun đàn hồi trượt G của đồng là:
Gđồng =∑ =
=
4
4
1
i i
G
2335,2 (Kg/mm2)