Bai giang thí nghiệm sức bền vật liệu

Thí nghiệm Sức bền vật liệu

Phòng thí nghiệm khoa kỹ thuật công trình

Giảng Viên Giảng Viên:

NCS Ngô Tấn Dược ThS Lê Văn Tâm

 Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng khi kéo mẫu thép.

 Xác định đặc trưng cơ học của thép:

 Giới hạn chảy (c).

 Giới hạn bền (b).

 Độ giãn dài tương đối khi đứt ().

1 MỤC ĐÍCH

Ptl A

PPchb B D

C

Đồ thị này gồm 3 giai đoạn:

Giai đoạn đàn hồi

Giai đoạn chảy - dẻo Giai đoạn tái bền

2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lực kéo và biến dạng dài (P- L) của mẫu trong thí nghiệm kéo thường có dạng.

F0- F1: Diện tích mặt cắt ngang ban đầu&chỗ bị đứt của mẫu

L -L : Chiều dài tính toán ban đầu &s au khi đứt của mẫu

0 0

2 5

1

b) Mẫu thử thép cốt Bêtông

 Chiều dài tối thiểu Lmin = 14do + 2h

do - đường kính thanh thép (mm)

L

4 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

 Máy kéo đa năng model WE – 1000B

4 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM (tt)

 Thước kẹp

 Thước thép

 Cân và dụng cụ khắc vạch

5 CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

 Kiểm tra mẫu thử

 Xác định L0, d0 cho mẫu thử

 Khắc vạch lên mẫu thử khoảng cách giữa các vạch 10mm

L0

N Khoảng

6 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

 Cho tăng lực từ từ, theo dõi đồng hồ

đo và đọc các giá trị Ptl, Pch, Pb (dựa vào đồ thị)

7 ĐO ĐẠC SAU KHI THÍ NGHIỆM

 Đo xác định độ dãn dài

 Đo xác định độ thắt

8 TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

 Tính toán các ứng suất giới hạn: chảy, bền

 Tính độ giãn dài tương đối, độ thắt tương đối

8 TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM (tt)

Cách xác định chiều dài mẫu sau khi đứt:

L1

Nếu L0/3 x L0/2 thì : L1 được lấy bằng khoảng cách giữa 2 vạch biên

8 TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM (tt)

Cách xác định chiều dài mẫu sau khi đứt

Nếu x L0/3 và N – n là số chẵn thì :

L1 = LAB + 2LBC Trong đó OB OA

8 TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM (tt)

Cách xác định chiều dài mẫu sau khi đứt (tt):

Nếu x L0/3 và N – n là số lẻ thì :

L1 = LAB + LBC + LBD Trong đó OB OA,

CD = 1 Khoảng

 Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng khi kéo mẫu gang.

 Xác định đặc trưng cơ học của gang: Giới hạn bền (b).

 So sánh tính chất cơ học của vật liệu dẻo (thép) và vật liệu dòn (gang)

1 MỤC ĐÍCH

2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT

 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lực kéo và biến dạng dài (P - L) của mẫu trong thí nghiệm kéo thường có dạng

Đồ thị này gồm 2 giai đoạn:

Giai đoạn đàn hồi

Giai đoạn chảy – dẻo – phá hoại

Pb

Mẫu tiết diện chữ nhật:

) 5

2 5

1

0 5 65 F 11 3 F

4 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

 Máy kéo đa năng model WE – 1000B

4 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM (tt)

 Thước kẹp

 Thước thép

 Cân và dụng cụ khắc vạch

5 CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

 Kiểm tra mẫu thử

 Xác định L0, d0 cho mẫu thử

 Khắc vạch lên mẫu thử khoảng cách giữa các vạch 10mm

L0

N Khoảng

6 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

 Cho tăng lực từ từ, theo dõi đồng hồ

đo và đọc các giá trị Ptl, Pch, Pb (dựa vào đồ thị)

7 ĐO ĐẠC SAU KHI THÍ NGHIỆM

 Đo xác định độ dãn dài

 Đo xác định độ thắt

8 TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

 Tính toán các ứng suất giới hạn: chảy, bền

 Tính độ giãn dài tương đối, độ thắt tương đối

Xác định độ dẽo của kim loại nguyên Mẫu uốn xong được quan sát mức độ rạng nứt (nếu có) để đánh giá khả năng chịu uốn (độ dẽo) của vật liệu

1 MỤC ĐÍCH

2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT

có dạng

uốn 90o uốn 180o

Xác định đặc trưng cơ học của thép:

Giới hạn chảy (c)

2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lực kéo và biến dạng dài (P - L) của mẫu trong thí nghiệm kéo thường có dạng

1 MỤC ĐÍCH

O L

P

Pch A

Đồ thị này gồm 2 giai đoạn:

Giai đoạn đàn hồi

Giai đoạn chảy - dẻo

Đặc trưng chịu lực của thép khi chịu nén

Giới hạn chảy : ch P F ch

4 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

 Máy kéo đa năng model WE – 1000B

4 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM (tt)

 Thước kẹp

 Thước thép

 Một số loại thước kẹp

5 CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

Xác định h0, d0 cho mẫu thử

6 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Cho tăng lực từ từ, theo dõi đồng hồ đo và đọc giá trị Pch, tiếp tục tăng thêm khoảng

70 – 80% Pch thì dừng lại

7 TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Tính toán các ứng suất giới hạn chảy

Xác định đặc trưng cơ học của gang:

Giới hạn bền (b)

2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lực kéo và biến dạng dài (P - L) của mẫu trong thí

nghiệm kéo thường có dạng

1 MỤC ĐÍCH

O L

P

Ptl A

Giai đoạn đàn hồi

Giai đoạn chảy – dẻo – phá hoại

4 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

 Máy kéo đa năng model WE – 1000B

4 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM (tt)

 Thước kẹp

 Thước thép

 Một số loại thước kẹp

5 CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

Xác định h0, d0 cho mẫu thử

6 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Cho tăng lực từ từ, theo dõi đồng hồ đo và đọc giá trị Pb

7 TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Tính toán các ứng suất giới hạn bền

Xác định mô đun đàn hồi E khi uốn thép.

Dưới tác dụng của tải trọng ngang đặt trong mặt phẳng quán tính chính trung tâm, ta có uốn phẳng và trục dầm bị uốn cong

1 MỤC ĐÍCH

2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT



zf

y

z

Chuyển vị tại đầu công xon của dầm được tính bằng:

x

3

EI 3

PL

E  (2)

Trong đó:

P – tải trọng tập trung

L – Chiều dài dầm công xon

Ix – Mô men quán tính

E – Mô đun đàn hồi

f – Chuyển vị tại đầu công xon.

2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Thanh thép hình chữ nhật đầu công xon như hình vẽ.

P

4 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

Đặt tải trọng tác dụng lênh thanh, chuyển vị tại đầu công xon được tính:

x

3 1

1

EI 3

2

EI 3

L P

Khi đó:

x

3 x

3 1

2 1

2

EI 3

PL EI

3

L P

P f

f

Trong đó:

P1, P2 – Tải trọng gia tải tại thời điểm 1 và 2

L – Chiều dài dầm công xon

Ix – Mô men quán tính

E – Mô đun đàn hồi

 Thước kẹp có độ chính xác 0.02mm: 1 cái

 Thước thép có độ chính xác 0.1mm: 1 cái

 Chuyển vị kế điện tử có độ chính xác

0.001mm: 1 cái

 Bộ phận treo cân và các quả cân gia tải

4 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM (tt)

 Đo kích thước mẫu, tính mômen quán tính Ix

 Lắp thiết bị đo, đo chiều dài dầm công xon

 Chuẩn bị bộ phận gia tải

5 CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

Lần Tải trọng Chuyển vị kế

2.000 2.000 2.000 1.0

2.000 4.000 6.000

1.0 1.0

1

2

3

1.0 2.0 3.0

Lập bảng biểu mẫu để tính toán :

6.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Gia tải theo từng cấp tải Ghi lại kết quả

chuyển vị trên chuyển vị kế

7 TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Dựa trên kết quả chuyển vị kế tính toán độ

võng theo công thức (5)

Tính toán mô đun đàn hồi theo công thức (3), tính giá trị trung bình của mô đun đàn hồi E

So sánh với kết quả lí thuyết, giải thích

Xác định mô đun đàn hồi trượt G.

Kiểm định định luật Hoocke’s khi trượt

Khi xoắn thuần túy thanh có mặt cắt ngang hình tròn thì góc xoắn tương đối giữa hai mặt cắt ngang A và B các nhau 1 khoảng LAB

1 MỤC ĐÍCH

2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Trong đó:

AB – Góc xoắn tương đối giữa 2 mặt cắt A, B

Mz – Mô men xoắn trong đoạn AB

Jp - Mô men quán tính độc cực của mặt cắt

2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT (tt)

Nếu ta xác định được Mz, Jp, LAB và đo được góc xoắn AB thì có thể suy ra mô men đàn hồi trượt G:

P AB



Với d0 – Đường kính của thanh tròn

3 THIEÁT BÒ THÍ NGHIEÄM

Mẫu thí nghiệm 1 là 1 thanh có tiết diện tròn, một đầu ngàm và một đầu gắn vào bạn đạn (ô bi) có thể xoay tự do Bên ngoài đầu thừa gắn thanh 2 để treo quả cân tạo mô men xoắn Mz (xem hình vẽ) Giữa ngàm và ổ bi gắn 2 thanh ngang 3 tại A và B Ở đầu mỗi thanh ngang đặt 1 chuyển vị kế.

4 MÔ TẢ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

Khi đặt quả cân, thanh chịu xoắn thuần túy Tại A và B có góc xoắn A và B (góc xoắn tuyệt đối giữa A, B với ngàm).

Khi thanh bị xoắn thì mặt cắt ngang ở A và B

bị xoay làm cho 2 thanh ngang 3 cũng xoay quay trục thanh

4 MÔ TẢ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM (tt)

vị kế đo được chuyển vị A, B Khi đó:

AB = A - B (6)

Từ trên ta xác định được:

5 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

Thước kẹp có độ chính xác 0.02mm: 1 cái

Thước thép có độ chính xác 0.1mm: 1 cái

Chuyển vị kế điện tử có độ chính xác 0.001mm

2 cái

Đo đường kính mẫu thí nghiệm, tính mô men quán tính độc cực.

Đặt chuyển vị kế

Đo khoảng cách giữa 2 mặt cắt A và B: LAB

Gắn thanh treo và hệ thống gia tải

7 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Lập bảng ghi giá trị thí nghiệm:

Lần Tải trọng Số đọc trên chuyển vị kế

gia P  P Chuyển vị kế A Chuyển vị kế B tải (kG) (kG) Ai (mm) Ai (mm) Bi (mm) Bi (mm)

6.000 6.500

9.000

3.000 3.000 3.500 1

9.000 15.000 3

Xem trọng lượng của móc treo và thanh ngang 2 là tải trọng ban đầu P1 ta đọc được cá trị số A1, B1 trên chuyển vị kế

A, B (có thể điều chỉnh trị số trên chuyển vị kế về 0)

7.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM (tt)

Đặt quả cân 1KG vào móc treo

(tức P2 = P1 + 1KG) đọc các trị số A2, B2

tương ứng Giả sử có n cấp tải trọng cứ

thực hiện tương tự cho đến khi kết thúc

7.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM (tt)

Dựa vào các trị số đo được trên bảng số liệu đã thí nghiệm và các trị số tính toán

A A

n

1

i itb

Trong đó: n – Số cấp tải trọng.

Trung bình cộng hiệu các số đọc trên C.vị kế:

Góc xoắn tương đối trung bình giữa các mặt cắt ngang A, B so với ngàm.

Góc xoắn tương đối giữa 2 mặt cắt

ngang A và B:

tb = Atb - Btb (12)Tính mô đun đàn hồi trượt G theo

công thức (3)