bao-cao-thi-nghiem-co-hoc

KHOA XÂY DỰNG VÀ CƠ HỌC ỨNG DỤNG BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CƠ HỌC Mã HP: METE210321 GVHD: Thầy Huỳnh Nguyễn Dũng SVTH: Nguyễn Huy Đình LỚP: 141432B MSSV:14143074 TP Hồ Chí Minh, Tháng 11 năm 2016 Bài 1: THÍ NGHIỆM KÉO MẪU THÉP   I Mục đích thí nghiệm: Tìm liên hệ lực biến dạng vật liệu kéo mẫu, từ xác định đặc trưng tính vật liệu bao gồm: • Giới hạn chảy σch • Giới hạn bền σb • Độ dãn dài tương đối đứt δ% • Độ thắt tương đối ψ% II Cơ sở lý thuyết Thanh chịu kéo nén tâm mà mặt cắt ngang có thành phần lực dọc Nz Các giả thuyết làm sở tính tốn cho chịu kéo nén tâm: • Giả thuyết mặt cắt ngang: mặt cắt ngang ban đầu phẳng thẳng góc với trục sau biến dạng phẳng thẳng góc với trục • Giả thuyết thớ dọc: Trong trình biến dạng thớ dọc không ép lên nhau, không đẩy nhau, thớ dọc trước sau biến dạng song song với • Dưới tác dụng lực kéo nén tâm, mặt cắt ngang có thành phần ứng suất pháp σz • Quan hệ ứng suất lực: σz =  P F (KN/cm2, N/mm2) III Chuẩn bị Quy trình thực 1.Chuẩn bị mẫu thí nghiệm: Mẫu thí nghiệm có tiết diện mặt cắt ngang hình trịn (theo TCVN 197-66) Dụng cụ thí nghiệm -Thước kẹp - Dụng cụ kẻ vạch mẫu Chuẩn bị thí nghiệm − − − − Đo kích thước L, d0 ban đầu Khắc vạch mẫu Điều chỉnh hai ngàm kẹp máy kéo-nén thích hợp với hai đầu kẹp mẫu Đặt mẫu vào ngàm kẹp kẹp chặt mẫu Tiến hành thí nghiệm  IV Tính tốn kết quả: Sử dụng mẫu vật liệu dẻo( cụ thể thép)  Cần sử dụng công thức sau để tính tốn kiểm nghiệm: • • • Tính giới hạn chảy: Tính giới hạn bền: σ ch = Pch F0 σb = Pb F0 Tính độ dãn dài tương đối đứt: ψ% = δ% = L1 − L 100 L0 F0 − F1 100 F0 Tính độ thắt tương đối:  Kết đo q trình thực nghiệm: • Đường kính chi tiết: = 13mm • Chiều dài chi tiết: Lo= 10do =130mm=13cm • Chiều dài L1 = 2S = = 16 cm = 160 mm(trong S chiều dài khoảng chia đầu) • Diện tích tiết diện thắt nhỏ nhất: F0 = = π.0,4225=1,3273 cm2 F1=0,43 cm2 • • Với giá trị Pchr, Pchd, Pb ta dựa vào đồ thị trình thực nghiệm cụ thể là: Pchtr =49,598 kN Pchd = 46,813kN Pb =63,390 kN  Kết thu sau tính tốn: • • • • Giới hạn chảy : σchtr = = x 103 = 37,27(kN/cm2) Giới hạn chảy dưới: σchd = = x 103 = 35,27 (kN/cm2) Giới hạn bền : σb= = x 103 = 47,76 kN/cm2 Độ dãn dài tương đối đứt: δ% = = 23,08 % •  Độ thắt tương đối: ψ% == = 67,6% V.Nhận xét kết thí nghiệm:  Từ q trình thực nghiệm, kết hợp với dụng cụ thí nghiệm tiên tiến ta có biểu đồ biểu diễn mối quan hệ lực P biến dạng ∆l hình đậy: P (KN) 63.390 C D 49598 B 46.813 A 3.601 5.545 35.830 L (mm) Nhìn vào đồ thị ta thấy được: Tiết diện chỗ bị đứt nhỏ so với tiết diện ban đầu (hình thành cổ thắt) chịu tác dụng tải trọng cao Pb, kim loại xảy biến dạng cục Lúc tải trọng tác dụng giảm mà biến dạng tăng, kim loại chổ biến dạng cục bị đứt đến phá hủy - OA : Giai đoạn đàn hồi, tương quan P L bậc Lực lớn giai đoạn lực tỉ lệ (hay lục đàn hồi) - AB : Giai đoạn chảy, lực kéo không tăng biến dạng tăng liên tục Lực kéo tương ứng lực chảy - BCD : Giai đoạn củng cố (tái bền), tương quan lực P L đường cong Lực lớn lực bền Bài 2: THÍ NGHIỆM KÉO MẪU GANG  I Mục đích thí nghiệm: Tìm liên hệ lực biến dạng vật liệu nén mẫu, từ xác định đặc trưng tính vật liệu bao gồm: Giới hạn chảy σch thép Giới hạn bền σb gang II Cơ sở lý thuyết: Thanh chịu kéo nén tâm mà mặt cắt ngang có thành phần lực dọc Nz Các giả thuyết làm sở tính tốn cho chịu kéo nén tâm: • Giả thuyết mặt cắt ngang: mặt cắt ngang ban đầu phẳng thẳng góc với trục sau biến dạng phẳng thẳng góc với trục • Giả thuyết thớ dọc: Trong trình biến dạng thớ dọc không ép lên nhau, không đẩy nhau, thớ dọc trước sau biến dạng song song với • Tiết diện chỗ bị đứt nhỏ so với tiết diện ban đầu (hình thành cổ thắt) chịu tác dụng tải trọng cao Pb, kim loại xảy biến dạng cục Lúc tải trọng tác dụng giảm mà biến dạng tăng, kim loại chổ biến dạng cục bị đứt đến phá hủy • Dưới tác dụng lực kéo nén tâm, mặt cắt ngang có thành phần ứng suất pháp σz • Quan hệ ứng suất lực: • •  σz =  P F (KN/cm2, N/mm2) III Chuẩn bị Quy trình thực 1.Mẫu thí nghiệm Mẫu thí nghiệm có dạng hình trụ, đường kính d0, chiều cao h: ≤ h ≤3 d0 Dụng cụ thí nghiệm - Mẫu thí nghiệm Thước kẹp Chuẩn bị thí nghiệm - Đo kích thước d0 h - Dự đoán giới hạn bền vật liệu để định cấp tải trọng thích hợp: σb = - Đối với gang chịu nén : σb = 90÷110 Kg/mm2 - Điều chỉnh cấp tải trọng, điều chỉnh kim đồng hồ đo lực - Điều chỉnh ngàm nén máy kéo – nén thích hợp với chiều cao mẫu - Đặt mẫu vào ngàm nén, ý đặt mẫu cho nén tâm, kiểm tra kim lực, kiểm tra phận vẽ biểu đồ Tiến hành thí nghiệm  IV.Tính tốn kết  Cần sử dụng công thức, trị số sau để tính tốn kiểm nghiệm: σb = • • Tính giới hạn bền: Pb F0 Đối với gang chịu nén có: σ BSb = 90 ÷110 KN / cm  Kết đo trình thực nghiệm: • • • Đường kính mẫu: d0 = 20mm Chiều cao mẫu: h =35,1mm Giá trị Pb dựa vào đồ thị trình thực nghiệm cụ thể là: Pb = 299,713kN  Kết thu sau tính tốn • Fo = = 3,14 cm2 • Giới hạn bền : σb= = = 95,401 N/mm2  V.Nhận xét kết thí nghiệm:  Từ trình thực nghiệm ta có biểu đồ biểu diễn mối quan hệ lực P biến dạng ∆l hình đây: Nhận xét: Kết thực nghiệm gần với lí thuyết Đối với vật liệu dịn (gang) khơng có biến dạng dẻo nào, ngồi thể biến dạng đàn hồi Một đặc trưng phá hủy dịn mặt vỡ ghép lại với để khôi phục nguyên dạng vật liệu ban đầu Đường cong ứng suất biến dạng vật liệu dịn có dạng tuyến tính.Thử tính nhiều mẫu có nhiều kết ứng suất phá hủy khác Khi P đạt đến giá trị PB mẫu bị phá vỡ, bề mặt tiếp xúc mẫu bàn nén khơng có bơi trơn nên vết nứt nghiêng góc 450 so với phương trục Độ bền kéo nhỏ so với độ bền nén thường cho nhiều ứng dụng Có thể giải thích hệ số cường độ ứng suất gắn với khuyết tật vật liệu Kết tính tốn nằm kết lí thuyết Bài 3: XÁC ĐỊNH MƠĐUN ĐÀN HỒI TRƯỢT G  I.Mục đích thí nghiệm:  Nhằm xác định mô đun đàn hồi trượt G thép kiểm nghiệm định luật Hooke II Cơ sở lý thuyết Khi xoắn túy mặt cắt ngang hình trịn, góc xoắn tương đối mặt cắt ngang A B cách đoạn LAB là: M L ϕ = z AB G.J P G= AB ⇒ M z L AB ϕ AB J P Trong đó:  MZ: moment xoắn JP : moment quán tính độc cực mặt cắt ngang Nếu xác định MZ, JP, LAB đo ϕAB suy modul đàn hồi trượt G III Chuẩn bị Quy trình thực hiện: Mơ hình thí nghiệm Quả cân Thanh treo cân Ổ lăn Đồng hồ so Thanh ngang Dầm Ngàm Dụng cụ thí nghiệm - kẹp Bộ phận treo cân cân Chuẩn bị thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm  IV.Tính tốn kết Thước  Cần sử dụng cơng thức, trị số sau để tính tốn kiểm nghiệm: • Tính góc xoắn: ϕA = • ∆A' a ϕB = ∆B' a ϕ AB = ϕ A − ϕ B = ; ; Tính moment quán tính độc cực mặt cắt ngang: ∆A' − ∆B' a π d JP = 32 • Tính giá trị G: Gi = M Z L AB Pi b L AB 32 p i a.b.L AB 32 = 4= ' AB AB ' ϕi JP ϕi π.d ∆A i − ∆Bi πd  Kết đo q trình thực nghiệm: • ĐồngThau: Ta có: a = 18,2 cm b = 39,2 cm d = 2,6 cm = 12 cm  Bảng số liệu: Lần đặt tải thứ i Tải trọng (N) Số đọc chuyển vị kế Δ ( mm) Δ ( mm) (N/mm2) 1 5N 0,058 0,032 10 N 0,12 0,07 15 N 0,187 0,11 20 N 0,25 0,15 25 N 0,325 0,195  Kết thu sau tính tốn = x = 3506,2 = 3645,4 (kN/) (kN/) = x = 3550,72 = x =3645,4 (kN/) (kN/) = x = 3550,2 (kN/) ⇒ G = = 2449,2 (kN/) • MẫuThép: Dưới thơng số đo mẫu a,b,d,: a = 19,3 cm d = 2,6 cm b = 41,5 mm = 10 cm  Bảng số liệu: Lần đặt tải thứ i Tải Trọng (N) Số đọc chuyển vị kế Δ ( mm) Δ ( mm) 5N 0,03 0,02 10 N 0,065 0,045 15 N 0,11 0,08 20 N 0,14 0,1 25 N 0,17 0,12  Kết thu sau tính tốn: = x =8926,52 (kN/) ==8926,5 (kN/) = x =8926,52 = x =8926,52 (kN/) (KN/) = x = 8926,52 (KN/) G = = 8926,52 (KN/) V Nhận xét: - Trên mặt cắt ngang chịu xoắn túy tồn ứng suất phương vng góc bán kính + Khi tăng tải trọng P chuyển vị tăng theo Tải trọng lớn chuyển vị lớn +Kết thực nghiệm gần với kết lí thuyết B yB yA Bài 4: XÁC ĐỊNH MÔĐUN ĐÀN HỒI E CỦA VẬT LIỆU VÀ GÓC XOAY TRONG DẦM CHỊU UỐN NGANG PHẲNG   I.Mục đích thí nghiệm: II Cơ sở lý thuyết Xét ví dụ dầm cơng – xơn chịu lực hình đây: - Dưới tác dụng tải trọng P nằm mặt phẳng quán tính trung tâm, dầm dẽ chịu uốn ngang phẳng sử dụng phương pháp tính chuyển vị học ta có kết sau: yB = yA = PL3B ; 3EJ x PL3B PL2B ( L A − LB ) + ; 3EJ x EJ x PL3C P ( LB − LC ) L2C yC = + 3EJ x EJ x - Dùng chuyển vị kế đo trực tiếp chuyển vị trên, đại lượng: LB, LC, LA, J, P xác định dẫn đến kết cần tìm là: PL3B E= ; y B 3J x hay : E = hay : E = - PL3C P ( LB − LC ) L2C + yC J x yC J x Vì đường đàn hồi dầm đoạn AB bậc nên xác định góc xoay cắt ngang B thông qua chuyển vị: θB =  PL3B PL2B ( LA − LB ) + ; y A 3J x yA 2J x y A − yB L A − LB III Chuẩn bị Quy trình thực 1.Mơ hình thí nghiệm Mơ hình thí nghiệm thẳng có tiết diện hình chữ nhật canh bxh Đầu D gàm chặt, đầu A tự Tại A C đặt chuyển vị kế để đo chuyển vị đứng dầm, B đặt móc treo cân L D A Hình 4.2 P Dụng cụ thí nghiệm - Thước kẹp, thước lá, đồng hồ so - Bộ phận treo cân cân Chuẩn bị thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm  IV.Tính tốn kết  Cần sử dụng công thức, trị số sau để tính tốn kiểm nghiệm • Tính modul đàn hồi = + • Xác định moment qn tính: =  Kết đo trình thực nghiệm: Mẫu Thép • Lb= 35cm b = 2,2 cm = 21 cm h = 1,03 cm  Bảng số liệu: Lần đặt tải thứ i Tải Trọng (N) Số đọc chuyển vị kế ( cm) 0,0072 10 0,014 15 0,0226 20 0,031 25 0,04  Kết thu sau tính tốn: = = = 0,2 Điểm C: ) = + =2 (kN/) = 2,2 (kN/) = 2,05 (kN/) = 1,99 (kN/) = 1,93 (kN/) ⇒ • E = 2,034 (kN/) Mẫu Đồng: = 39,5 cm b = 2,6cm = 20,5 cm h = 0,89 cm  Bảng số liệu: Lần đặt tải thứ i Tải Trọng (N) Số đọc chuyển vị kế ( cm) 0,024 10 0,049 15 0,0725 20 0,0982 25 0,121  Kết thu sau tính tốn: = = = 0,153 Điểm A: = + = 0,93 (kN/) =0,92 (kN/) = 0,93 (kN/) = 0,91 (kN/) = 0,927 (kN/) ⇒ E= =0,92 (kN/) Nhận xét: Sai số kết thí nghiệm với kết theo lý thuyết khơng đáng kể Sai số đồng 7,7% sai số mẫu thép 1,7% Nguyên nhân: người đọc nhìn theo phương khơng vng góc với đồng hồ, dụng cụ thí nghiệm chưa kẹp chặt q trình tiến hành thí nghiệm, sai sai số q trình tính tốn Kết tính tốn chấp nhận Bài 5: XÁC ĐỊNH MOMENT QUÁN TÍNH   I Mục đích thí nghiệm: - Xác định moment quán tính vật thể chuyển động song phẳng - So sánh kết xác định thực nghiệm với kết tính tốn theo lý thuyết II Cơ sở lý thuyết - Con lăn khối lượng m vật rắn, lăn không trượt mặt phẳng nghiêng góc α ảnh Moment qn tính Jc Phương trình chuyển động lăn theo lý thuyết ( áp dụng định lý biến thiên động )  g Sin α t  Sinα x = g t ⇒ J c =  −1 R m Jc 2 x   1+ m.R  đó: + g: Gia tốc trọng trường, g=9,81 m/s + x: Quãng đường lăn được: x=1-d + m: Khối lượng lăn (Kg) + R: bán kính lăn III Chuẩn bị Quy trình thực 1.Mơ hình thí nghiệm Mơ hình phẳng quay quanh khớp, hợp với mặt phẳng nằm ngang góc α Sơ đồ bố trí hình Dụng cụ thí nghiệm - Thước dây Thước bọt nước Thước lá, thước kẹp - Đồng hồ bấm giây Cân bàn Chuẩn bị thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm  IV Tính tốn kết quả:  Cần sử dụng cơng thức,trị số sau để tính tốn kiểm nghiệm: tgα k = • • • • • Góc nghiêng αk : hk a+ L+b  g.Sin α t  Sin α x = g t ⇒ J c =  − 1 R m Jc 2 x   1+ m.R Moment qn tính Jc: Khối lượng riêng nhơm: γnhơm = 2,7 Kg/ dm3 Khối lượng riêng đồng: γđồng = 8,96 Kg/ dm3 Khối lượng riêng thép: γthép = 7,8 Kg/ dm3  Kết đo tính tốn q trình thực nghiệm: • Các thơng số mơ hình: L=100,1cm a=0,86cm B=4,85cm • liệu từ mẫu: Cụ thể lăn nhôm có trục nhơm - khối lượng : m=1,25kg - bán kính lăn: R=7,5cm - bề dày bánh lăn(nhơm): a=1,26cm - đường kính trục: d=2,52cm - chiều dài trục:(cộng với chiều dày ốp lót) b=3,5cm  Bảng số liệu: Lần đo thứ i Chiều cao hk Góc nghiêng α k (độ) Thời gian đo (giây) Moment quán tính (kg.cm2) 5,97 31,38 5,66 28 5,84 29,94 4,97 30,27 4,75 27,48 4,91 29,5 2 10 14 5,390 7,530 4,09 4,13 25,96 26,51 118 9,650 Moment qn tính trung bình 4,18 27,2 29,77 Tính theo lí thuyết Thể tích V1==224,42 (cm3) Mà m1= V1.G=224,42.2,7.10-3=0,606 (kg) J1=0,5m1.R2=0,5.0,606.7,52=17,04 (kg.cm2) V2==17,45 (cm3) Mà m2=V2.G=17,45.2,7.10-3 =0,047 (kg) Moment qn tính Jnhơm=2J1+0,5m2.r2=2.17,04+0,5.0,047.2,522=34,15 (kg.cm2) • Nhận Xét: - Mơmen qn tính phụ thuộc vào góc nghiêng, dựa vào thực nghiệm cho thấy, tăng góc nghiêng lớn moment qn tính giảm dần - Ngun nhân: ảnh hưởng ma sát làm cho thời gian đo có thay đổi lớn thay đổi góc nghiêng - Sai số kết thực nghiệm kết lý thuyết 12,83% Nguyên nhân thao tác bấm để đo thời gian chuyển động lăn khơng lúc, sai sót q trình tính tốn