Đề cương bài giảng thí nghiệm cơ học

Với hệ thống các máy kéo nén vạn năng, máy thử mỏi, nhóm các máy thí nghiệm ma sát, các máy kiểm tra độ ổn định của thanh chịu nén đúng tâm, và máy kiểm tra thanh chịu lực phức tạp.. Tr

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

BỘ MÔN KỸ THUẬT CƠ SỞ

BÀI GIẢNG THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

( LƯU HÀNH NỘI BỘ )

Hưng Yên, 5-2011

Sample

Batch PDF Merger

LỜI NÓI ĐẦU Các môn học kỹ thuật cơ sở là nền tảng vững chắc cho sinh viên các nhóm ngành chuyên môn Các môn học đó bao gồm: Cơ học kỹ thuật, Sức bền vật liệu, Thí nghiệm cơ học, Nguyên lý máy, Chi tiết máy, …

Thí nghiệm cơ học là một trong những môn học thuộc nhóm các môn học kỹ thuật cơ sở Mục đích của môn học này nhằm củng cố lý thuyết cho sinh viên thông qua việc thí nghiệm, từ đó giúp sinh viên tự tìm hiểu và lý giải những sai số nhất định giữa lý thuyết và thực nghiệm Ngoài ra, thí nghiệm cơ học còn trang bị cho các bạn sinh viên những kiến thức bổ ích và vận hành các máy thí nghiệm, sử dụng các phần mềm thí nghiệm Môn học Thí nghiệm cơ học có thời lượng 01 tín chỉ, áp dụng cho sinh viên đại học chính quy (từ năm học 2011-2012 áp dụng cho hệ đại học nói chung (chính quy, liên thông)

Phòng thí nghiệm cơ học P-113, trực thuộc Bộ môn Kỹ thuật cơ sở - Khoa cơ khí được trang bị các máy móc và phương tiện thí nghiệm đáp ứng đủ nhu cầu thí nghiệm cho sinh viên Với hệ thống các máy kéo nén vạn năng, máy thử mỏi, nhóm các máy thí nghiệm ma sát, các máy kiểm tra độ ổn định của thanh chịu nén đúng tâm,

và máy kiểm tra thanh chịu lực phức tạp Trong thời gian tới chúng tôi hy vọng sẽ xây dựng thành công các thí nghiệm ảo trên máy vi tính để mô phỏng các quá trình hoạt động của chi tiết máy, mô phỏng các cơ chế phá hủy vật liệu, … đáp ứng tốt nhu cầu học tập của các bạn sinh viên

Bài giảng Thí nghiệm cơ học có sử dụng tài liệu gốc (bản tiếng Anh) của hãng

GUNT Hamburg - Cộng hòa liên bang Đức

Sample

Batch PDF Merger

PHẦN THỨ NHẤT

NỘI DUNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 1

THÍ NGHIỆM KÉO, NÉN ĐÚNG TÂM

Thí nghiệm kéo nén đúng tâm được thực hiện trên máy kéo nén vạn năng, bao gồm:

A Xác định đặc trưng cơ học của vật liệu thông qua thí nghiệm kéo vật liệu

B Xác định đặc trưng cơ học của vật liệu thông qua thí nghiệm nén vật liệu

C Xác định môđun đàn hồi E của vật liệu

D Xác định hệ số biến dạng ngang của vật liệu

A THÍ NGHIỆM KÉO VẬT LIỆU

1.1 Mục đích thí nghiệm

- Xác định các đặc trưng cơ học cơ bản của vật liệu

- Xây dựng đường cong đặc tính của vật liệu nhờ cơ cấu vẽ cơ học (quả pulô) và qua giao diện phần mềm máy tính

- Làm quen với các máy thí nghiệm, thiết bị và các dụng cụ đo trong phòng thí nghiệm, các phần mềm hỗ trợ thí nghiệm

1.2 Máy thí nghiệm

a) Thí nghiệm được tiến hành trên máy kéo nén vạn năng (Hình 1-1)

Hình 1-1 Máy kéo nén vạn năng.

1 2 3 4 5

1 Công tắc bật (tắt) máy; 2 Nút điều chính tốc độ cơ cấu chấp hành

3 Cần gạt đảo chiều chuyển động lên xuống của cơ cấu chấp hành

4 Đồng hồ đo lực kéo, nén; 5 Đồng hồ đo độ dãn dài

6 Kính bảo vệ, 7 Cơ cấu định vị và kẹp mẫu thí nghiệm

8 Cơ cấu vẽ cơ học (pulô); 9 Đối trọng; 10 Bộ chuyển đổi dữ liệu ra máy tính

b) Thao tác vận hành máy thí nghiệm vạn năng

Bước 1: Kiểm tra an toàn máy trước khi tiến hành thí nghiệm

Bước 2: Chọn mẫu các mẫu thí nghiệm kéo (theo tiêu chí khác nhau về vật liệu, chiều dài, kích thước)

Bước 3: Lắp mẫu thí nghiệm vào vị trí kẹp mẫu

Bước 4: Gạt kính an toàn che mẫu thí nghiệm

Bước 5: Chỉnh kim đồng hồ đo lực, và đồng hồ đo độ dãn dài về vị trí 0 Lưu ý, đối với đồng hồ đo lực, chỉnh kim màu đỏ về vạch 50KN (đối với thí nghiệm kéo) và 120KN (đối với thí nghiệm nén) nhằm giới hạn lực kéo trong phạm vi cho phép, tránh gây quá tải máy làm hỏng máy, đảm bảo an toàn cho thí nghiệm viên

Bước 6: Bật máy và gạt cần gạt số 3 lên vị trí Up để kéo mẫu (vị trí Down để nén mẫu)

Bước 7 Điều chỉnh nút vặn số 2 sao cho tốc độ của cơ cấu chấp hành vừa phải (không quá nhanh gây nguy hiểm, cũng không quá chậm làm tốn thời gian quan sát thí nghiệm)

Bước 8 Ghi các thông số thí nghiệm là lực kéo (nén), và độ dãn dài của vật liệu trên các đồng hồ 4, 5 ứng với các giai đoạn tương ứng của vật liệu (đàn hồi, chảy dẻo, phá hủy)

Bước 9: Khi mẫu kéo bị đứt, tắt máy, gạt kính an toàn lên phía trên, và tháo mẫu ra khỏi vị trí

Bước 10 Làm tương tự các bước từ 1 đến 9 đối với các mẫu thí nghiệm khác

1.3 Mẫu thí nghiệm

Mẫu thí nghiệm có nhiều loại với vật liệu khác nhau, kích thước hình dáng khác nhau,

có thể là mẫu dài, mẫu ngắn, mẫu có ren ở hai đầu, mẫu không ren Vật liệu mẫu là nhôm, thép CT45, CT3, đồng …

Về nguyên tắc, càng thí nghiệm với nhiều mẫu càng tốt, điều này cho kết quả chính xác hơn Tuy nhiên tùy từng điều kiện cụ thể mà tiến hành thí nghiệm với số mẫu cho phép

để vừa đảm bảo mục đích thí nghiệm, vừa đảm bảo về mặt thời gian, đồng thời tiết kiệm về mặt chi phí

Hình dáng và mẫu của thí nghiệm kéo được chọn theo tiêu chuẩn nhà nước (hình 1.2)

Các thông số của mẫu thí nghiệm kéo như sau:

- Mặt cắt ngang của mẫu là hình tròn có đường kính 8mm,

- Chiều dài thí nghiệm của mẫu là lấy bằng 10 lần đường kính đối với mẫu dài, và 5 lần đường kính đối với mẫu ngắn

1.4 Cơ sở lý thuyết của thí nghiệm

Các đặc trưng cơ học của vật liệu bao gồm các số liệu biểu thị tính bền và tính dẻo của vật liệu Các số liệu đặc trưng cho tính bền của vật liệu (bao gồm giới hạn tỉ lệ, giới hạn đàn hồi, giới hạn chảy, giới hạn bền, ứng suất lúc mẫu đứt) được xác định bằng các công thức sau đây:

Pt : Lực tương ứng với giới hạn tỉ lệ của vật liệu (tính bằng N, KN)

F0: Diện tích mặt cắt ngang của mẫu trước khi thí nghiệm (tính bằng cm2, m2 )

PB : Lực tương ứng với giới hạn bền của vật liệu (tính bằng N, KN)

1.4.4 ứng suất lúc mẫu đứt xác định bằng hai giá trị:

Giá trị ứng suất thứ nhất gọi là giá trị ứng suất quy ước, xác định bởi các tỷ số giữa lực lúc mẫu đứt Pd với diện tích ban đầu của mẫu F0, tức là:

th

d th d F

P



) (

 ; (N/cm2, KN/m2, ) Các số liệu đặc trưng cho tính dẻo của vật liệu (Bao gồm độ dãn dài tương đối tính theo phần trăm , độ thắt tương đối tính theo phần trăm  , ) được xác định bằng công thức sau đây:

1.4.5 Độ dãn dài tương đối %:

% 100 0

0 1

L1 – Chiều dài của mẫu sau khi mẫu đứt được ghép lại (mm)

Cách tính L1 xem hướng dẫn ở mục sau

1.4.6 Độ thắt tuơng đối  %:

% 100 0

1 0

F1 – Diện tích mặt cắt ngang của mẫu tại chỗ đứt

b Dự đoán giới hạn bền của vật liệu để chọn bảng lực; kiểm tra bộ phận vẽ đồ thị

c Cho máy làm việc để kiểm tra toàn bộ hệ thống, điều chỉnh kim trên bảng đo lực về

vị trí “0”, sau khi kiểm tra xong thì tắt máy

d Đặt mẫu vào ngàm kẹp của máy, điều chỉnh cho hai đầu của mẫu nằm đúng giữa ngàm kẹp và thẳng đứng Lắp giấy vẽ vào rulô, cho mực vào bút vẽ, đặt bút vẽ tỳ nhẹ lên giấy hoặc đo, vẽ bằng bộ đo

1.5.2 Tiến hành thí nghiệm

Giữ các ngàm kẹp chặt mẫu cho máy chạy, quan sát trên bảng lực thấy kim chạy được khoảng một số vạch (chứng tỏ mẫu đã được kẹp chặt) thì không phải giữ ngàm kẹp nữa Tiếp tục cho máy chạy và quan sát quá trình thí nghiệm, ghi lại trị số các lực tương ứng với giới

hạn chảy và giới hạn bền

ở giai đoạn đầu, độ dãn dài của mẫu tăng đều đặn cùng với độ tăng của lực kéo Đến giai đoạn chảy kim chỉ lực đứng yên tại chỗ hoặc dao động xung quanh một giá trị cố định, trong lúc mẫu vẫn tiếp tục bị kéo Lúc này quan sát đồ thị kéo, ta thấy đường biểu diễn chuyển từ dạng nghiêng với trục của rulô thành dạng thẳng gần vuông góc với trục của rulô, hoặc tạo thành đường zích zắc

Vị trí thấp nhất của kim chỉ lực khi dao động hoặc vị trí dừng lại của kim trên bảng lực cho ta trị số của lực tương ứng với giới hạn chảy Pch

Sau giai đoạn chảy vật liệu bước vào giai đoạn củng cố, kim chỉ lực quay chứng tỏ lực kéo tăng lên

Đến một vị trí nào đó kim dừng lại rồi từ từ trở về Trên mẫu xuất hiện chỗ thắt

Chỗ thắt hình thành ngày càng rõ, trong lúc đó kim vẫn tiếp tục quay về, tới một mức nhất định thì mẫu đứt

Trị số lớn nhất của lực kéo PB tương ứng với giới hạn bền của vật liệu Ghi lại trị số của lực này và lực khi mẫu bị kéo đứt (Pđ)

Sau khi mẫu đứt lấy mẫu ra khỏi ngàm kẹp, quan sát bề mặt chỗ mẫu đứt và hình dạng mẫu Lấy phần giấy vẽ đồ thị kéo ra khỏi rulô, hoặc cho in đồ thị bằng máy in

Sau đó ghép mẫu lại để đo tiết diện ngang của mẫu tại chỗ đứt và chiều dài của mẫu Cần chú ý rằng độ dãn dài của mẫu còn dư ở gần chỗ thắt Nếu chỗ đứt ở gần đầu mẫu thì chỗ thắt không đủ chỗ để phát triển như trường hợp chỗ đứt ở chính giữa mẫu

Bởi vì khi so sánh chiều dài thí nghiệm sau khi đứt của hai mẫu như nhau cùng một vật liệu, một mẫu ở chính giữa, một mẫu đứt ở gần đầu mẫu, ta dễ dàng nhận thấy rằng chiều dài thí nghiệm của mẫu sau bé hơn chiều dài thí nghiệm của mẫu trước Do đó để xác định chiều dài thí nghiệm của mẫu sau khi mẫu đứt, ta chia làm hai trường hợp sau đây: Nếu chỗ đứt nằm trong đoạn giữa của chiều dài thí nghiệm (đoạn giữa là đoạn có hai mặt cách vị trí trung tâm của mẫu 1/3 chiều dài thí nghiệm) thì khoảng cách giữa hai vạch giới hạn say khi đứt chính là trị số L1

Nếu chỗ đứt nằm ngay đoạn đầu của chiều dài thí nghiệm, thì để khử ảnh hưởng của đầu mẫu đến độ dãn dài ta tưởng tượng đưa chỗ đứt về chính giữa mẫu và tính L1 như hình

sau (hình 1.3):

Hình 1.3 Ghép mẫu sau khi đứt

Giả sử chỗ đứt ở gần chỗ đầu bên trái của mẫu thí nghiệm, như trên hình 1.3, chiều dài

của mẫu được chia thành N khoảng Từ vị trí đứt ta dịch về phía trung tâm chiều dài thí nghiệm (Không tính chia chứa vị trí đứt), đánh dấu là “a” Sau đó từ a ta dịch về phía ngược lại một số khoảng chia bằng số còn lại từ a về phía đầu kia của mẫu đánh dấu là “b” Lúc đó chiều dài của mẫu thí nghiệm của mẫu lúc đó là L1 được tính bằng tổng độ dài các đoạn ac và

ab Trong tổng số này chứa số khoảng chia đúng bằng N

I

a II b c

1.6 Chỉnh lý và tính toán các kết quả thí nghiệm

Hoàn thành các hình vẽ và tính toán cần thiết theo yêu cầu đã ghi trong “Báo cáo thí nghiệm”

Căn cứ vào công thức của mục 1.3 để tính các số liệu đặc trưng cho tính bền và tính dẻo của vật liệu Cần chú ý lực tương ứng với giớí hạn tỉ lệ đo trực tiếp trên biểu đồ kéo, hoặc đọc các số liệu trên các File của máy

Cuối cùng tính sai số; khi xác định giới hạn bền bằng thực nghiệm theo quy tắc hướng dẫn ở cuối quyển báo cáo thí nghiệm và căn cứ vào giá trị sai số này để làm tròn kết quả thí nghiệm, nhận xét kết quả thí nghiệm và nêu nguyên nhân gây sai số

B THÍ NGHIỆM NÉN VẬT LIỆU

1.1 Mục đích của thí nghiệm

- Xác định các đặc trưng cơ bản của vật liệu khi chịu nén

- So sánh kết quả thí nghiệm đối với các loại vật liệu khác nhau

- Làm quen với các máy thí nghiệm, thiết bị và các dụng cụ đo trong phòng thí nghiệm

0

0 



d h

Hình 1.4 Bản vẽ chế tạo mẫu thí nghiệm nén

Điều kiện này là cần thiết, vì nếu mẫu cao quá dễ phát sinh hiện tượng nén lệch tâm và hiện tượng uốn dọc Nừu mẫu thấp quá sẽ làm tăng ảnh hưởng của lực ma sát giữa bản nén và

bề mặt của mẫu đến kết quả thí nghiệm

b) Mẫu gỗ và bêtông: Có hình dáng khối lập phương cạnh 50mm (Hình 1- 5) Đối với

mỗi thí nghiệm ta lấy ít nhất 2 mẫu, một mẫu để nén dọc thớ, một mẫu để nén ngang thớ

Hình 1-5 Mẫu gỗ và bê tông

1.4 Cơ sở lý thuyết của thí nghiệm

Nghiên cứu tính chất của vật liệu khi nén bao gồm việc xác định giới hạn chảy đối với vật liệu dẻo, giới hạn bền với vật liệu dòn, theo dõi đặc trưng phá hỏng của vật liệu khi nén

F0: Diện tích mặt cắt ngang của mẫu (cm2, m2…)

Giới hạn bền lúc nén xác định bởi công thức

Khi thí nghiệm nén ngang thớ, ngoài việc xác định giới hạn bền ra, còn cần xác định giới hạn tỷ lệ theo công thức:

Bước 1: Đo kích thước ban đầu của mẫu bằng thước cặp độ chính xác 0,01 mm

Bước 2: Chọn bảng lực thí nghiệm, chọn cơ cấu vẽ đồ thị, lắp giấy vẽ vào rulô Điều chỉnh kim đồng hồ đo lực về vị trí “0”

Bước 3: Đặt mẫu lên bàn nén, phải điều chỉnh sao cho mẫu đặt chính tâm của bàn nén Bước 4: Cho máy làm việc để đưa máy nên gần sát bàn nén trên, chú ý theo dõi để khi mẫu gần chạm vào bàn nén thì tắt máy

Bước 5: Đặt bút vẽ tỳ nhẹ lên giấy vẽ Đến đây công tác chuẩn bị đã tiến hành xong,

có thể bắt đầu làm thí nghiệm

1.5.2 Tiến hành thí nghiệm

50

50

Trước tiên đóng van dầu về của máy, vặn từ từ van dầu lên xi lanh và bấm nút cho máy làm việc Lúc này từ từ quay đều van dầu lên xi lanh để điều tiết van dầu lên xi lanh Phải vừa điều chỉnh van dầu vừa chú ý quan sát sự di động của kim chỉ thị trên bảng lực, bảo đảm cho kim quay đều và chậm để phát hiện được giai đoạn chảy của vật liệu thí nghiệm

Khi nén mẫu thép, lực nén càng lớn thì mẫu biến dạng càng nhiều, nhưng không bị phá vỡ Vì thế đạt tới (7080)% giá trị tối đa của bảng lực thì dừng thí nghiệm, và ghi lại giá trị lực đó

Mẫu gang, lúc bị nén sẽ không biến dạng thành hình tang trống Lúc lực nén đạt tới một giá trị nhất định, mẫu bị phá hỏng đột ngột, và trên bề mặt mẫu xuất hiện những vết nứt nghiêng góc 450 so với phương thẳng đứng (như hình 1.6):

Hình 1.6 Vết nứt của mẫu gang khi bị phá hủy

Biểu đồ nén có dạng như trên hình 1.7:

Hình 1.7 Biểu đồ nén mẫu gang

Từ gốc tọa độ biểu đồ cong theo một đường cong có góc rất bé nghiêng gần sát với trục tọa độ biểu thị lực nén, sau đó thay đổi độ cong đột ngột và đi xuống

Hiện tượng phá hỏng đột ngột và giảm lực nhanh chóng mà chúng ta thấy trong quá trình nén mẫu gang trên đây là đặc trưng của vật liệu giòn

Mẫu gỗ bị nén dọc thớ sẽ xuất hiện biến dạng dư tương đối nhỏ Sau khi lực nén đạt tới giá trị lớn nhất, mẫu bị phá hỏng và lực lập tức bị giảm xuống Biểu đồ nén dọc thớ biểu

Mẫu gỗ bị nén ngang thớ sẽ xuất hiện những biến dạng dư tương đối lớn Nừu gỗ không có mắt, các thớ xuyên và các khuyết tật khác thì các mẫu sẽ không bị phá hỏng mà bị

nén lại và hơi cong

Biểu đồ nén gỗ ngang thớ có dạng như trên hình 1.9:

Hình 1.9 Biểu đồ nén ngang thớ mẫu gỗ

Lực phá hỏng quy ước đối với gỗ khi nén ngang thớ là lực nén mẫu xuống 1/3 chiều cao ban đầu Độ bền của gỗ khi nén ngang thớ thấp hơn từ 810 lần độ bền khi nén dọc thớ Tính phụ thuộc của các tính chất cơ học của vật liệu vào phương tác dụng của lực gọi là tính

dị hướng Lúc sử dụng các kết cấu và thiết bị bằng gỗ, chúng ta phải chọn sao cho phương của lực tác dụng dọc theo thớ của gỗ, nghĩa là theo phương có độ bền tốt nhất

1.6 Chỉnh lí, tính toán các kết quả thí nghiệm

Đối với tất cả các mẫu, giới hạn đều tính theo công thức ở mục IV (riêng đối với mẫu thép chỉ tính theo giới hạn chảy) Đối với mẫu gang và mẫu gỗ nén dọc thớ, lực tương ứng với giới hạn bền lấy giá trị lực như đã nói ở mục IV

Đối với mẫu gỗ nén ngang thớ, ngoài giới hạn bền còn phải xác định thêm giới hạn tỉ

lệ Lực tương ứng với giới hạn tỉ lệ là lực ứng với điểm cuối của đoạn đường thẳng bậc nhất trên biểu đồ nén

Tất cả các số liệu biểu đồ nén, dạng phá hỏng của mẫu và các hiện tượng quan sát được trong quá trình thí nghiệm cần ghi lại đầy đủ trong quyển “Báo cáo thí nghiệm”

C THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA VẬT LIỆU

- Thí nghiệm được tiến hành trên máy kéo nén vạn năng

- Dụng cụ đo biến dạng: Ten sơ mét điện trở hoặc ten sơ mét đòn

P

 L

P tl

1.3 Mẫu thí nghiệm

- Hình dạng mặt cắt ngang của mẫu phụ thuộc vào dụng cụ đo biến dạng, ở đây ta dùng mẫu có mặt cắt ngang hình tròn hoặc hình chữ nhật

1.4 Cơ sở lý thuyết của thí nghiệm

Mô đun đàn hồi E của vật liệu được xác định trên cơ sở công thức của định luật Húc đối với biến dạng đàn hồi:

EF

L P

a- Đo kích thước mặt cắt ngang của mẫu, ghi lại chuẩn đo của dụng cụ đo biến dạng,

hệ số khuếch đại hoặc giá trị mỗi khoảng chia trên dụng cụ đo biến dạng

b- Xác định lực kéo lớn nhất trong thí nghiệm để đảm bảo vật liệu làm việc trong giới

F

  max 

max Nừu chưa biết giới hạn tỉ lệ thì ta có thể lấy gần đúng

theo giới hạn chảy

2,1

ch ch



  c- Căn cứ vào lực kéo lớn nhất để chọn bảng lực, điều chỉnh kim khi lực về vị trí “0” d- Lắp mẫu thí nghiệm vào các ngàm kẹp của máy, kẹp dụng cụ đo biến dạng vào mẫu (nếu đo bằng các tấm điện trở thì phải dán các tấm điện trở vào mẫu từ trước) Để loại trừ ảnh hưởng do lực kéo không đúng tâm gây ra, ta phải mắc dụng cụ đo biến dạng trên hai mặt đo đối xứng của mẫu thí nghiệm

1.5.2 Tiến hành thí nghiệm

Trước hết tác dụng lên mẫu một lực ban đầu P0 (khoảng 100200 KG) để cho các đầu mẫu thí nghiệm được kẹp chặt và các cơ cấu của dụng cụ đo biến dạng làm việc bình thường đều đặn Sau đó tăng lực từ từ theo từng cấp ∆P, bảo đảm cho ít nhất có 4ữ5 lần tăng lực, nhưng số lần tăng lực cũng không nên nhiều quá dẫn đến sai số đọc trên các dụng cụ đo biến dạng Sau khi tăng lực đến giá trị lớn nhất, ta lại giảm lực về giá trị ban đầu P0 Kiểm tra hiệu

số các số đọc trên các dụng cụ đo biến dạng, nếu các hiệu số này không đều phải tiến hành lại thí nghiệm

1.6 Chỉnh lý và tính toán các kết quả thí nghiệm

Căn cứ vào số liệu, ta tính trị số mô đun đàn hồi E như sau:

F L

PL E

Trong đó: K là hệ số khuếch đại của tensơmét

Á là giá trị mỗi khoảng chia trên tensơmét

n n

tb

21

ở đây: A là tổng số các hiệu số đọc được trên ten sơ mét trái

B là tổng số các hiệu số đọc được trên ten sơ mét phải

n là số lần tăng lực

Cuối cùng tính toán sai số theo quy tắc hướng dẫn ở phần cuối của quyển “Báo cáo thí nghiệm” và căn cứ vào sai số đó để làm tròn sai số trị số mô đun tìm được trong kết quả tính toán, nhận xét kết quả, nêu nguyên nhân sai số

Vẽ đồ thị biểu thị sự liên hệ giữa ứng suất và biến dạng P - ∆L, từ đó kiểm nghiệm lại định luật Húc

D THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ BIẾN DẠNG

1.1 Mục đích thí nghiệm

- Xác định hệ số biến dạng ngang  của thép bằng thí nghiệm kéo

- Làm quen với các máy thí nghiệm, thiết bị và các dụng cụ đo trong phòng thí nghiệm

1.2 Máy thí nghiệm và dụng cụ đo

- Thí nghiệm được tiến hành trên máy kéo nén vạn năng

- Dụng cụ đo biến dạng: Ten sơ mét đòn hoặc ten sơ mét điện trở

1.3 Mẫu thí nghiệm

Mẫu thí nghiệm có mặt cắt ngang là hình chữ nhật chiều dài khoảng (4ữ5) lần chiều

rộng (Hình 1-7)

Hình 1.10 Mẫu thí nghiệm xác định hệ số biến dạng ngang

1.4 Cơ sở lí thuyết của thí nghiệm

- Như chúng ta đã biết, khi mẫu bị kéo dọc trục thì tiết diện ngang của mẫu co lại Ngược lại khi mẫu bị nén thì tiết diện ngang của mẫu bị dãn ra

- Tỷ số giữa biến dạng ngang tương đối ’ và biến dạng dọc tương đối  , gọi là hệ số biến dạng ngang hoặc hệ số poisson, kí hiệu là  và xác định bởi công thức:

a Để đo biến dạng dọc ta dán hai tấm điện trở I và I’ lên hai mặt đối diện của mẫu,

trục của hai tấm điện trở này phải song song với trục của mẫu

Để đo biến dạng ngang ta dán hai tấm điện trở II và II’ trên hai mặt đối diện của mẫu,

tấm điện trở này phải vuông góc với trục của mẫu (Hình 1.11)

Với cách bố trí của tấm điện trở như trên, biến dạng dọc của mẫu sẽ bằng trị số trung bình cộng của biến dạng đo được trên hai tấm điện trở I và I’ Nừu sử dụng ten sơ mét đòn thì

ta cũng mắc các ten sơ mét ở các vị trí tương tự Lúc này phải chọn kích thước tiết diện ngang của mẫu sao cho có thể mắc ten sơ mét theo phương vuông có với trục được dễ dàng và số đọc được chính xác

Hình 1.11 Sơ đồ thí nghiệm xác định hệ số biến dạng ngang

b Đo kích thước mẫy, lắp mẫu vào máy

c Mắc các đầu dây nối từ các tấm điện trở công tác I, I’, II, II’ và các tấm điện trở bổ sung vào hộp đầu nối, nối hộp đầu nối với máy đo biến dạng Cân bằng máy lần lượt tại các điểm đo và ghi lại số đọc ban đầu

1.5.2 Tiến hành thí nghiệm





Sau lúc đã chuẩn bị xong ta tiến hành tăng lực từ từ theo từng cấp, đến giá trị lớn nhất (giá trị lực này nhằm đảm bảo lực làm việ trong giới hạn đàn hồi được xác định như trong thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi E)

Sau mỗi lần tăng lực ta cân bằng máy đo biến dạng tại mỗi điểm đó, và ghi lại số đọc tương ứng trên mỗi máy đo biến dạng Để kết quả chính xác ta có thể lặp lại ít nhất 3 lần quá trình thí nghiệm trên

1.6 Chỉnh lý và tính toán các kết quả thí nghiệm

a Tính hiệu số các số đọc tại mỗi điểm sau mỗi lần tăng lực, và tính trị số trung bình cộng các hiệu số đó

b Tính trị số trung bình cộng của hiệu số các số đọc trên các cặp điện trở I-I’, II-II’

c Tính biến dạng dọc và biến dạng ngang bằng cách nhân các hiệu số trung bình tương ứng ở trên với giá trị của mỗi khoảng chia của máy đo biến dạng

d Tính hệ số poisson

e Nhận xét kết quả và đánh giá

- Kiểm nghiệm lại công thức xác định lực tới hạn bằng lý thuyết

- Làm quen với các máy thí nghiệm, thiết bị và các dụng cụ đo trong phòng thí nghiệm

2.2 Máy thí nghiệm

a) Máy thí nghiệm của hãng GUNT Hamburg (CHLB Đức): WP 121 (hình 2.1)

Hình 2.1 Máy thí nghiệm WP 121

1 Khung chính; 2 Thanh cong; 3 Tường phía sau;

4 Giá gắn phía dưới; 5 Giá gắn phía trên;

6 Bộ phận giữ để tạo lực nén; 7 Tải trọng làm cong thanh

b) Thông số kỹ thuật của máy:

 Chiều dài máy: 380 mm

 Chiều cao máy: 270 mm

Hình 2.2 Mẫu thí nghiệm kiểm nghiệm bài toán Euler

2.4 Cơ sở lý thuyết của thí nghiệm

Như chúng ta đã biết, thanh chịu nén đúng tâm mất khả năng làm việc không những chỉ vì vật liệu bị mất tính bền mà còn vì thanh mất khả năng duy trì hình dáng ban đầu của

nó, hay nói cách khác, thanh bị mất ổn định

Bởi vậy, để cho kết cấu làm việc bình thường cần đảm bảo cho các chi tiết của nó có

đủ độ bền, độ ổn định và dưới tác dụng của ngoại lực, chúng chỉ có dạng cân bằng nhất định phù hợp với đặc trưng biến dạng cơ bản gây ra bởi nén đúng tâm, chỉ cho phép thanh có đủ khả năng biến dạng dọc trục và thanh có thể bị uốn cong trong mặt phẳng có độ cứng nhỏ nhất

Như vậy, dưới tác dụng của lực này, sự cân bằng của thanh ở dạng thẳng chuyển từ trạng thái ổn định sang trạng thái không ổn định Trị số của lực đó gọi là lực tới hạn Sự uốn của thanh trong trường hợp này gọi là uốn dọc, nghĩa là sự uốn gây ra bởi tác dụng của lực dọc trục Công thức xác định lực tới hạn do Ơle tìm ra năm 1744 viết dưới dạng:

2 0 min 2 2

L

EJ n

Công thức này chỉ đúng khi vật liệu làm việc trong giới hạn tỷ lệ, nghĩa là phải bảo đảm giá trị ứng suất tới giới hạn th nhỏ hơn giới hạn tỷ lệ tl Trong công thức ơle Jmin biểu thị mômen quán tính nhỏ nhất của tiết diện L0 biểu thị chiều dài tính toán được xác định bằng tích số giữa chiều dài của thanh L với hệ số liên kết , tức là L0 = L

Một số giá trị của hệ số  như sau:

Hai đầu thanh là khớp =1 Một đầu bị ngàm, đầu kia tự do =2

Hai đầu bị thanh ngàm chặt = 0,5 Một đầu bị ngàm, đầu kia khớp =0,7

b

L

Hình 2-3 Một số giá trị của

2.5 Trình tự thí nghiệm

 Lắp mẫu thí nghiệm vào giá gắn phía trước và giá gắn phía sau

 Gia trọng được tăng từ từ

 Khi gần được giá trị tải trọng tính toán làm thanh cong thì chỉ tăng gia trọng từng cấp 1N để nhìn thấy rõ nét sự mất ổn định của thanh (Ví dụ như điểm cong)

 Chỉnh giá đỡ phía trên để thanh cong không bị hỏng khi bị quá tải (Tải thí nghiệm nhìn chung được đưa ra lớn hơn giá trị tính toán vì phải trừ đi sự biến dạng trước của cột)

 Khi xác định tải trọng làm cong thanh chú ý giá đỡ gia trọng và trọng lượng giá gắn phía trên là 1N

2.6 Chỉnh lý và tính toán các kết quả thí nghiệm

 Vẽ sơ đồ thiết bị thí nghiệm

 Ghi lại các đặc tính của thanh thí nghiệm Vật liệu, chiều dài, hình dáng và kích thước của tiết diện ngang

 Tính diện tích, mô men quán tính và bán kính nhỏ nhất của tiết diện ngang

 Kiểm tra điều kiện ứng dụng công thức ơle Đối với thép CT3, độ mảnh tới hạn là 

=100, do đó điều kiện trên có thể viết:

P th

th 

 (N/cm2, KN/m2 )

 Tính sai số của lực tới hạn xác định theo công thức ơle với chiều dài tự do L0 = 150

cm Nguyên tắc tính sai số xem hướng dẫn ở phần cuối của quyển “Báo cáo thí nghiệm” Sau đó căn cứ vào sai số này để làm tròn các kết quả thu được; nhận xét thí nghiệm và nêu nguyên nhân sai số

 Thực hành kỹ năng kiểm tra cơ bản như đo lực và đo chuyển vị

 Làm quen với các máy thí nghiệm, thiết bị và các dụng cụ đo trong phòng thí nghiệm

3.2 Mẫu thí nghiệm

Thanh thẳng có chiều dài thay đổi, tiết diện thay đổi và vật liệu thay đổi (dùng thước

lá hoặc thước cặp để đo các kích thước của thanh)

3.3 Máy thí nghiệm

a) Máy thí nghiệm của hãng GUNT Hamburg (CHLB Đức): WP 120 (hình 3.1)

6 10

Hình 3.1 Máy thí nghiệm độ ổn định WP 120

1 Khung cơ bản; 2 Cột đ ; 3 Thanh ngang tạo tải

4 Nấc kẹp; 5 Trục tải; 6 Thiết bị đo lực

7 Gá mẫu phía trên; 8 Gá mẫu phía dưới

9 Thiết bị gia tải; 10 Các thanh cong

b) Thông số kỹ thuật của máy:

 Chiều dài máy: 620 mm

 Chiều cao máy: 1150 mm

 Chiều rộng máy: 450 mm

 Trọng lượng máy: 35 kg

 Lực kiểm tra max: 2000N

 Tải max ở bên: 20N

 Độ lệch bên max: +/- 20 mm

 Điểm gãy trục tải max: 10 mm

 Lỗ gắn mẫu: D=20 mm

3.4 Trình tự thí nghiệm

 Đặt thiết bị kiểm tra theo phương thẳng đứng hoặc phương nằm ngang

 Cài mẫu với rãnh chữ V vào ổ đỡ và làm chặt bằng ốc vít

 Đặt mẫu dài với rãnh chữ V vào rãnh dẫn hướng của thanh ngang và gĩưnó chắc chắn

 Chèn thêm mẫu S2 với gờ vào rãnh chữ V

 Thanh ngang gia tải được phải được kẹp chặt trên cột mà vẫn giữ khoảng cách 5mm

để dịch chuyển

 Căn chỉnh mẫu thanh

 Đầu tiên ta làm căng mẫu với lực nhỏ và chưa đo kết quả

 Đặt thiết bị đo ở vị trí giữa của thanh mẫu nhờ kẹp đỡ, đồng hồ đo phải được đặt ở góc phải của hướng cong

 Làm chặt thiết bị đo lại với độ lệch 10mm với giá đỡ, có điều chỉnh

 Tăng tải từ từ nhờ sử dụng nút xoay

 Đọc độ lệch từ thiết bị đo lực, đọc và ghi độ lệch mỗi khi lệch 0,25mm đến 1mm

 Trên độ lệch 1mm, đủ để ghi độ lệch và lực khoảng 0,5mm Không lệch quá 6mm

 Kiểm tra có thể dừng lại khi mà lực không thay đổi mặc dù tải vẫn tăng

 Rời nhè nhẹ lực căng từ mẫu thanh

 Lặp lại như trên với hướng cong ngược lại, không cần thiết phải ghi lực và độ lệch tâm

ở đây

 Tăng tải cho đến khi lực không thay đổi

 So sánh lực làm cong trong hai trường hợp: Nếu lệch nhau quá 10% thì thanh có thể

bị biến dạng, cố gắng nắn thẳng thanh mẫu, nếu không được thì phải thay thế nó

3.5 Chỉnh lý và tính toán các kết quả thí nghiệm

 Vẽ sơ đồ thiết bị thí nghiệm

 Ghi lại các đặc tính của thanh thí nghiệm Vật liệu, chiều dài, hình dáng và kích thước của tiết diện ngang

 Tính diện tích, mô men quán tính và bán kính nhỏ nhất của tiết diện ngang

 Kiểm tra điều kiện ứng dụng công thức ơle đối với vật liệu làm thí nghiệm

4.2 Mẫu và vật liệu thí nghiệm

 Vật liệu thí nghiệm: mẫu thí nghiệm có vật liệu khác nhau: nhôm, đồng, thép CT45 …

Máy đo biến dạng của thanh chịu uốn xoắn đồng thời

1) Đế chịu lực; 2 Đĩa kim loại; 3 Cột đ

4 Tải trọng gây xoắn; 5 Tải trọng gây uốn; 6.Dây cáp

7 Đồng hồ đo; 8 Đế nam châm; 9 Thiết bị kẹp mẫu

b) Thông số kỹ thuật của máy:

 Chiều dài máy: 390 mm

 Chiều cao máy: 325 mm

 Chiều rộng máy: 325 mm

 Trọng lượng máy: 17 kg

 Tải trọng gia tải max: 38N

4.4 Trình tự tiến hành thí nghiệm

 Điều chỉnh cho đĩa kim loại ở vị trí cân bằng (Thăng bằng)

 Lắp mẫu thí nghiệm vào vị trí thiết bị kẹp mẫu trên đĩa kim loại

 Gia tải được tăng từ từ

 Quan sát giá trị trên đồng hồ đo để lấy kết quả

 Đặt các vị trí của gia tải khác nhau trên đĩa kim loại để có các trường hợp chịu lực kết hợp khác nhau

4.5 Chỉnh lý và tính toán các kết quả thí nghiệm

 Vẽ sơ đồ thiết bị thí nghiệm

 Xử lý các số liệu thí nghiệm

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 5

THÍ NGHIỆM MỎI CỦA CHI TIẾT MÁY

5.1 Mục đích thí nghiệm

- Nghiên cứu hiện tượng phá hủy mỏi, giải thích cơ chế phá hủy mỏi

- Nghiên cứu máy thử mỏi của phòng thí nghiệm và làm quen với phần mềm xử lý

trong thí nghiệm uốn quay tròn (WP 140.20 Software Fatigue Testing Machine)

- Xây dựng đường cong mỏi cho một loại vật liệu bất kì với mẫu đã được qui chuẩn

- Làm quen với các máy thí nghiệm, thiết bị và các dụng cụ đo trong phòng thí nghiệm

5.2 Cơ sở lý thuyết

Quỏ trỡnh phỏ hủy mỏi xảy ra khi chi tiết mỏi chịu ứng suất thay đổi Quá trình phá hủy mỏi bắt đầu từ những vết nứt rất nhỏ (vết nứt tế vi) sinh ra từ vùng chi tiết máy chịu ứng

suất tương đối lớn Khi số chu trình làm việc của chi tiết tăng lên thì các vết nứt này cũng

mở rộng dần, chi tiết mỏi ngày càng bị yếu và cuối cùng xảy ra gãy hỏng chi tiết máy

Hiện tượng phá hủy mỏi được phát hiện ra từ giữa thế kỷ 19 và giới hạn mỏi được coi

là một trong những chỉ tiêu tính toán chủ yếu để xác định kích thước chi tiết máy Thực tiễn

sử dụng máy cho thấy khoảng 90% các tổn thất của chi tiết do các vết nứt mỏi gây ra

Ta có các khái niệm sau:

a) Chu trình ứng suất

Xét một điểm A trên trục quay, cứ mỗi vòng quay của trục, ứng suất tại A lần lượt đi qua các giá trị cực đại và cực tiểu, hai giá trị này bằng nhau nhưng ngược dấu nhau Sự biến

thiên ứng suất tại A có dạng hình sin Cứ mỗi lần ứng suất đi qua các giá trị tương ứng với

một vũng quay của trục, ta núi điểm A đó thực hiện được một chu trình ứng suất

Thời gian thực hiện một chu trình ứng suất là một chu kỳ

Trong đó: p: ứng suất; t: thời gian

Khi chu tr nh được gọi là đối xứng Ngược lại, là chu trình bất đối

xứng Trong bài thí nghiệm mỏi, chúng ta chỉ đi nghiên cứu trường hợp đặc biệt của độ bền mỏi là chu trỡnh ứng suất đối xứng

b) Đường cong mỏi

Đường cong mỏi thể hiện mối quan hệ giữa ứng suất (ứng suất trung bình hoặc ứng suất lớn nhất) và số chu kỳ thay đổi ứng suất N của chi tiết máy tới khi hỏng hoàn toàn

Hình 5.1 Đường cong mỏi

c) Giới hạn bền mỏi

Từ đồ thị ta thấy ứng suất càng cao thì tuổi thọ càng giảm Khi ứng suất vượt qua giá trị úk số chu kỳ ứng suất giảm mạnh Trị số k gọi là giới hạn mỏi ngắn hạn của vật liệu

Ứng suất càng giảm thì số chu kỳ ứng suất càng tăng Khi ứng suất giảm đến giá trị o

thỡ đường cong mỏi gần như nằm ngang tức là số chu kỳ ứng suất có thể tăng lên rất lớn mà chi tiết không bị gẫy hỏng Trị số o gọi là giới hạn bền mỏi (dài hạn) của chi tiết máy Ứng

với úo là số chu kỳ cơ sở No

d) Phương trỡng đường cong mỏi: m

N = C

Trong đó:

C là hằng số

m là bậc của Đường cong mỏi

N số chu kỳ thay đổi ứng suất ứng với 

Để tính độ bền mỏi của các chi tiết máy, người ta phải làm các thí nghiệm để xác định giới hạn mỏi của vật liệu ứng với các chu trình có hệ số bất đối xứng khác nhau Giới hạn mỏi của vật liệu là giá trị lớn nhất của ứng suất thay đổi tuần hoàn mà vật liệu có thể chịu đựng được một số chu trình không hạn định và không xuất hiện vết nứt vì mỏi Giới hạn mỏi được kí hiệu là   với r là hệ số bất đối xứng

Với chu trình đối xứng, giới hạn mỏi được ký hiệu là   , với trường hợp kéo nén đơn  Việc xác định giới hạn mỏi của chu trình đối xứng tương đối đơn giản hơn các loại chu trình khác

Hình thể hiện sơ đồ nguyên lý của máy thí nghiệm xác định  khi uốn Mẫu thí nghiệm được đặt lên máy và gia tải qua các ổ bi sao cho phần giữa của mẫu chịu uốn thuần túy Trong thí nghiệm người ta chuẩn bị từ 6 đến 10 mẫu thử giống nhau Với mẫu đầu tiên người ta đặt tải P sao cho ứng suất cực đại trên mẫu thử bằng khoảng 0,5 giới hạn bền

5.3 Mẫu thí nghiệm

0,5 0,5 40

A

0,5/  8 A 0,5/  A

a) Tổng quan về máy thí nghiệm mỏi WP 140 (hình 5-2)

Hình 5.2 Máy th mỏi WP 140

1 Trục; 2 Động cơ; 3 Thiết bị tỉa;

4 Hộp điều khiển; 7 Thanh kiểm tra; 8 Mui bảo V

+ Hãng sản xuất: GUNT Hamburg (CHLB Đức)

+ Thông số kỹ thuật của máy:

 Kích cỡ: dài x rộng x cao = 920 x 415 x 560 mm

 Trọng lượng: 38 kg

 Dòng điện sử dụng hoạt động: 230V - 50Hz

 Tốc độ quay của trục chính: 2800 vòng/phút

 Công suất biểu kiến: 370W

 Thiết bị tải trọng: Lực: 0 300N; ứng suất đổi dấu trong vật mẫu: 0 600 N/mm2

b) Cấu tạo máy thí nghiệm mỏi WP140:

 Máy giải thích được những nguyên tắc cơ bản của quá trình nghiên cứu độ bền mỏi, kể

cả việc xây dựng biểu đồ ứng suất Vật mẫu (mẫu thí nghiệm) thuần túy được sử dụng

bị phá hủy hoặc uốn cong do ứng suất Ngoài ra, máy còn được dùng để nghiên cứu ảnh hưởng của độ nhám bề mặt chi tiết máy, và ảnh hưởng của các vết khía đến độ bền

mỏi của chi tiết máy

 Trên máy có trang bị những công tắc chuyển đổi tự động nếu như trong quá trình làm việc xảy ra sự cố hoặc khi chi tiết mẫu bị phá hủy Số liệu về chu kỳ tải trọng được thể

hiện trên đồng hồ số (dãy số gồm 08 ký tự số)

 Trên máy thí nghiệm độ bền mỏi uốn quay, một đầu của mẫu thí nghiệm được kẹp chặt, đầu còn lại được tác dụng của một lực tăng cường, và kết quả là ứng suất tại

những chỗ uốn cong sẽ phá hủy chi tiết

 Về cơ bản, máy có những bộ phận sau:

- Trục chính với chỗ chứa mẫu thí nghiệm (1)

- Động cơ (2)

- Thiết bị tải trọng (3)

- Hộp điều khiển (4) gồm công tắc tắt/mở máy, đồng hồ số đo dữ liệu

Tải trọng tác dụng lên mẫu thí nghiệm được truyền qua đối trọng đàn hồi (9) và giá đỡ

di động (6) Đặt một lực cho đối trọng đàn hồi và sau đó điều chỉnh tải trọng truyền cho đối trọng thông qua cánh tay vô lăng (10) Thông số về tải trọng (độ lớn của tải trọng) được thể hiện thông qua thang đo của đối trọng đàn hồi

Thang đo tải trọng

Một dãy số (gồm 08 con số) hiển thị trên đồng hồ số (11) là số chu kỳ tải M (hoặc tốc

độ quay trục chính (vòng/phút))

Đồng hồ số (11)

Nếu mẫu thí nghiệm bị phá hủy hoặc quá trình thí nghiệm mỏi xảy ra sự cố, động cơ

và đồng hồ đo sẽ tự ngắt tạm thời tự động thông qua nút stop (16)

Công tắc điều khiển chính (13) (công tắc tắt/mở máy)

Công tắc khẩn cấp (14) (tắt máy trong trường hợp xảy ra sự cố)

Nút điều khiển động cơ (15)

Đồng hồ số (11)

c) Nguyên lý hoạt động của máy thí nghiệm mỏi WP140:

 Sự thay đổi ứng suất bên trong bản thân vật liệu của chi tiết máy nguy hiểm hơn so với trạng thái tĩnh, cố định bên trong kết cấu vật liệu

 Trong bản thân vật liệu tại trạng thái tĩnh thì ứng suất là nguyên nhân phá hủy chi tiết máy Sự tăng lên của chu kỳ tải trọng sẽ làm giảm mức độ ứng suất của bản thân chi tiết máy, tức là tăng độ bền mỏi của chi tiết máy (chi tiết máy sẽ bền hơn)

 Số vòng quay của tải trọng có ảnh hưởng tới sự phá hủy của chi tiết hơn là tần số xuất hiện

d) Tải trọng của mẫu thí nghiệm:

Tải trọng của vật mẫu phải phù hợp để kẹp một thanh dầm với một lực tập trung F Lực tập trung F này sẽ gây ra mô men uốn Mb trên mẫu thí nghiệm

Mô men uốn này sẽ được giữ ổn định trong khi vật mẫu quay tròn, biểu đồ ứng suất có dạng hình sin ứng suất lớn nhất xuất hiện trên gờ của vật mẫu, ứng suất này là ứng suất đổi dấu hoàn toàn, không phải ứng suất trung bình Vì lý do này, nó chỉ có thể giải thích độ bền mỏi dưới ứng suất chu trình đối xứng (trường hợp đặc biệt của độ bền mỏi)

Mô men uốn của tải trọng: Mb = F.a

ứng suất đổi dấu: ú

Trong đó: Wb là mô đun chống uốn của mẫu thí nghiệm

d: là đường kính mẫu thí nghiệm (d = 8mm; a = 106mm)

5.5 Phần mềm thu thập dữ liệu thí nghiệm và xây dựng đường cong mỏi WP 140.20 Software Fatigue Testing Machine

+ Cài đặt phần mềm

- Nối cáp

- Cấp nguồn bộ khuếch đại

- Khởi động phần mềm

- Cài thanh kiểm tra mỏi và chạy WP 140

- Sau khi đã đạt được áp lực như mong muốn ấn nút số 1

Hình 5-4 Bảng hiển thị đường cong mỏi

Hình 5-5 X lí số liệu thu thập được

5.6 Thí nghiệm

a) Kiểm tra an toàn máy, và chạy kiểm tra (Lưu ý: phải kiểm tra độ an toàn của máy)

 Dựng máy thí nghiệm mỏi uốn quay, và nối với nguồn điện áp

 Mở hộp bảo vệ (8) bằng cách vặn các nút sang bên trái

04 nót vÆn

 Giảm bớt tải trọng bằng cách vặn vô lăng (10) sao cho di chuyển ổ trục di động (6) xuống sát dưới đáy

 Gá kẹp mẫu thí nghiệm một đầu kẹp chặt vào ống côn (5), một đầu dẫn hướng bởi ổ trục (6) Giảm tải sử dụng tay quay (10)

- Cài thanh kiểm tra vào vị trí kẹp

 Kiểm tra sự hoạt động của công tắc dừng (14) khi có sự cố (đẩy ra ngoài)

 Công tắc chính sử dụng máy là công tắc số (13)

 Reset đồng hồ số (11) về 0 bằng cách nhấn nút RST (đồng hồ phải hiển thị 08 số 0)

 Kiểm tra sự hoạt động của trục chớnh phải nhẹ nhàng và đỳng

 Kiểm tra đồng hồ đo phải đếm đỳng (xấp xỉ bằng 2800 chu kỳ tải trọng trong một

phỳt) Cú thể xuất hiện tốc độ quay trờn cụng tắc trong RPM (Round Per Minute) với

nỳt SEL

 Kiểm tra sự hoạt động của thiết bị dừng tự động phải đang hoạt động Để làm điều này, ta cho trục đỡ di động trờn thiết bị tải trọng bởi vụ lăng (10) Động cơ phải dừng bởi cụng tắc dừng số (16)

Quay vô lăng để ổ trục di

động đi lên

Công tắc dừng máy tự động

b) Bắt đầu thớ nghiệm

 Bật cụng tắc điều khiển động cơ (15)

 Nhanh chúng tạo ra một tải trọng cần thiết bởi tay quay vụ lăng (10) Đọc ra tải trọng

từ đĩa cõn của cõn lũ xo (Chỳ ý rằng khụng bao giờ được tạo tải trọng trong khi mỏy

khụng hoạt động, điều này sẽ gõy ra biến dạng dẻo dẫn đến kết quả thớ nghiệm khụng đỳng Tạo ra tải trọng ở mức cuối cựng nhanh nhất cú thể, bởi vỡ vật mẫu luụn sẵn sàng bởi vỡ vật mẫu luụn sẵn sàng hoạt động dưới một tải trọng đổi dấu, nhưng như

vậy chu kỳ tải trọng khụng thể đếm được vỡ tải trọng quỏ nhỏ)

 Reset đồng hồ đo sử dụng nỳt RST để ra lệnh bắt đầu đếm

c) Kết thúc thí nghiệm

 Động cơ dừng tự động khi vật mẫu bị phá hủy Đọc và ghi số chu kỳ tải trọng N trên

đồng hồ số (Nếu mẫu không bị phá hủy, có thể dừng bằng tay sau khi có thông số yêu

cầu của chu kỳ tải trọng bởi nút dừng động cơ)

 Khi máy dừng hẳn (trục chính không quay) mở mui an toàn (8) và đưa mẫu thí nghiệm

ra ngoài (Lưu ý: cẩn thận vì mẫu thí nghiệm có thể rất nóng gây bỏng)

 Tiến hành các bước tương tự với các mẫu thí nghiệm khác

 Ghi lại đường cong mỏi xây dựng trên máy tính và các kết quả xử lý thí nghiệm tự

động trên giao diện phần mềm WP 140.20 Software Fatigue Testing Machine

 Giải thích cơ chế phá hủy do mỏi

- BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 6

THÍ NGHIỆM VỀ MA SÁT

a Giới thiệu chung

1 Cơ sở lý thuyết về ma sát:

a) Thí nghiệm ma sát trượt của Culông:

Vật B được đặt trên tấm cố định D gắn vào sợi dây không dãn vắt qua ròng rọc C Đầu kia của dây treo đĩa A có chất tải trọng

A

B

C

TN

có thể giải thích nếu thêm vào lực cản Tác dụng lên vật B, ngoài trọng lực , phản lực pháp tuyến và lực còn có

Đặt gọi là lực ma sát trượt Theo điều kiện cân bằng ta có: Tiếp tục tăng tải trọng A đến một giá trị nào đó thì đạt và vật B mất cân bằng

và bắt đầu trượt trên tấm D

b) Định luật ma sát trượt Culông:

Năm 1781, nhà bác học người Pháp Culông dựa trên những thí nghiệm đã phát biểu định luật gần đúng về ma sát trượt, gọi là định luật Culông:

 Lực ma sát trượt nằm trong mặt phẳng tiếp xúc chung của vật liệu, chiều ngược với chiều trượt hoặc xu hướng trượt của vật dưới tác dụng của lực tích cực Giá trị của nó biến đổi, đạt lúc vật thể bắt đầu trượt và được biểu thị:

 Trị số cực đại của lực ma sát tỷ lệ thuận với trị số của lực pháp tuyến, nghĩa là:

Trong đó:

là một số không thứ nguyên, gọi là hệ số ma sát trượt

 Hệ số ma sát phụ thuộc vào bản chất của vật liệu và trạng thái vật lý của bề mặt tiếp xúc mà không phụ thuộc vào bề mặt tiếp xúc và các lực đã cho tác dụng lên vật Nó được xác định bằng thực nghiệm và cho trong các bảng tra

2 Nhóm máy thí nghiệm ma sát

Phòng thí nghiệm Cơ học 113, trực thuộc Bộ môn Kỹ thuật cơ sở - Khoa Cơ khí - Trường Đại học SPKT Hưng Yên, hiện có 03 máy thí nghiệm về ma sát, bao gồm:

phản lực tác dụng, xác định ảnh hưởng của tốc độ di chuyển đến lực ma sát, ảnh hưởng của độ nhám bề mặt, của diện tích bề mặt tiếp xúc đến lực ma sát; Sự khác nhau của ma sát tĩnh và ma sát trượt

phẳng nghiêng Mục đích thí nghiệm của máy TM 225 là: xác định hệ số ma sát của việc kết hợp các vật liệu khác nhau; Sự khác nhau giữa ma sát trượt và ma sát tĩnh; Biểu hiện rõ góc nghỉ; Lực cân bằng tĩnh lực trên mặt phẳng nghiêng

Sau đây, chúng ta lần lượt tiến hành tìm hiểu và thí nghiệm ma sát trên từng máy cụ thể:

A THÍ NGHIỆM ĐO MA SÁT TM200

Thiết bị này cũng phù hợp cho việc giải thích thí nghiệm trước một nhóm người Đồng

hồ lớn đo lực có thể dễ dàng đọc số liệu từ một khoảng cách nhất định

 ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc

 Sự khác nhau giữa ma sát trượt và ma sát tĩnh

Định luật ma sát có thể được trình bày rất rõ ràng trong kết quả nghiên cứu bao gồm

cả những thiết lập ở các môđun vật lý

3 Nguyên lý và thiết kế dụng cụ đo ma sát

Hình 6.4 Nguyên lý thí nghiệm trên máy TM 200

Thông thường để đo ma sát, tấm (1) được đặt trên tấm (2), đồng thời tấm (2) có thể di chuyển trên mặt phẳng cố định nhờ sợi dây quấn quanh puli (3) Một đầu của mẫu (1) được

móc vào sợi dây cáp nối vào đồng hồ đo (8), như hình 6.5.

Hình 6.5 Cấu tạo máy TM 200

Điều này cho phép lực được biểu diễn ổn định trên mặt đồng hồ đo

Thiết bị đo ma sát về cơ bản gồm có tấm đế cố định (5) được làm bằng thép tấm Tấm (1) di chuyển trên đế (5) Trên tấm đế có gắn môtơ điện (6) được điều khiển bởi công tắc (7) Thiết bị đo lực (8) đặt ở cuối tấm đế (5)

Tấm (2) di chuyển được nhờ dây cáp được cuốn trên trục môtơ (6) Trục mô tơ (6) có hai loại đường kính khác nhau, nhằm mục đích để thay đổi tốc độ di chuyển của tấm (2) Nếu dây cáp được cuốn trên đoạn trục có đường kính lớn sẽ làm cho (2) di chuyển nhanh hơn

Dây cáp sau khi động cơ cuốn vào có thể được nhả ra bằng tay Điểm khác biệt của tấm (2) là nó được làm bằng nhôm và PVC có thể được đặt trên tấm di chuyển Tấm nhôm được bao phủ bởi lớp dạ trên mặt trượt

Mẫu thí nghiệm (3) dùng để đo lực với dây cáp Mẫu được làm bằng nhôm hoặc bằng đồng Mẫu đồng có lớp dạ trên mặt trượt Trọng lượng cố định là 1N Có tất cả 08 quả nặng (4) được thêm vào Mỗi quả nặng 0,5N

Đồng hồ đo lực (8) có giới hạn đo là 2N, mỗi vạch đo là 0,1N (có tất cả 20 vạch)

3 Thí nghiệm

Khi hai bề mặt của hai vật thể trượt lên nhau, phản lực (vuông góc với mặt tiếp xúc của hai bền mặt) sẽ xuất hiện trên mặt tiếp xúc Khi ấy, lực cản trở chuyển động cũng xuất hiện Lực này được gọi là lực ma sát Ma sát sinh ra ngay cả trên những bề mặt rất mịn