Испытание малоуглеродистых сталей при растяжении. Определения модул упругости Е

Лабораторная работа № 2


Тема:Испытание разнообразных материалов на кручения. Определения модул упругости сдвига G.


1 Цель работы
Исследовать разнообразных материалов на кручения и определить модуля сдвига G второго рода. Ознакомление с методикой измерения угловых деформаций путем замера линейных перемещений индикаторами часового типа.
2 Оснащение
Приспособления для измерения угол кручения и угол сдвига, штангенциркуль на 150 мм для измерения с точностью до 0,1 мм, линейка, образец круглый стальной, методическое пособие.
3 Задание к работе
3.1 Определить угол кручения образца.
3.2 Определить относительное угол кручения образца.
3.3 Определить угол сдвига при кручения образца.



4 Общие сведения
Определение модуля сдвига G проводится по результатам испытания на кручение круглого образца диаметром d.
В пределах упругих деформаций (по достижении напряжения равного пределу пропорциональности) зависимость между касательными напряжениями t и угловыми деформациями g является линейной и описывается с помощью закона Гука
(6)
Модуль сдвига G (модуль упругости II рода) характеризует сопротивление материала упругим деформациям при сдвиге (кручении) и имеет размерность МПа. Графически G представляет собой тангенс угла наклона прямой в координатах " ". Модуль сдвига G также, как и модуль продольной упругости E и коэффициент Пуассона m, является величиной постоянной для данного материала.
Для определения модуля сдвига используется формула закона Гука при кручении
(7)
где j - угол закручивания на участке длиной l; - крутящий момент; - полярный момент инерции поперечного сечения образца.
Модуль упругости второго рода G является зависимой от двух других характеристик упругости материала - модуля продольной упругости и коэффициента Пуассона. Связь между E, m и модулем сдвига G определяется выражением:
(8)
Для определения модуля сдвига G проводят испытания на кручение круглого образца на установке, схема которой представлена на рис. 2. Образец (6), закрепленный в опорах (4) и (5), нагружается крутящим моментом с помощью штанги (3) и груза Q.
Величина крутящего момента равна:
(9)
где L - длина плеча, на котором действует груз. В сечениях 1 и 2 рабочего участка длиной l устанавливаются струбцины, длина которых равна a. В процессе нагружения образца измеряют линейные перемещения и концевых сечений струбцин с помощью индикаторов часового типа.
Определить относительного угол кручения
Тангенс угла закручивания можно определить как . Однако, вследствие малости деформаций, можно считать , следовательно, . Тогда угол закручивания рабочего участка определяется как:
или (10)
Связь между углом сдвига g и углом закручивания j наглядно представлена на рис. 3:
AB - положение внешнего волокна до деформации;
AB1 - положение волокна после приложения крутящего момента.

Из-за малости деформаций дугу BB1 можно вычислить как j r, либо как gl, следовательно
(11)
5 Порядок выполнения работы
5.1 Установить стрелки индикаторов на ноль.
5.2 Нагрузить образец начальным крутящим моментом для устранения зазоров в нагружающей системе.
5.3 Снять начальные показания индикаторов.
5.4 Произвести ступенчатое нагружения образца, передвигая груз Q по штанге (3) (рис. 2) на 20 мм. в сторону увеличения длины плеча. Количество ступеней нагружения k = 4-5.
5.5 На каждой ступени нагружения зафиксировать показания индикаторов n₁ и n₂ в таблице наблюдений 2.
5.6 Разгрузить образец, установив штангу в нейтральное положение с помощью эксцентрика; передвинуть и зафиксировать груз в исходном положении.
Данные испытаний на кручение

№
	Нм	Нм			м	м	рад	рад	МПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

6 Контрольные вопросы

6.1 Цель работы.
6.2 Какие деформации называются упругими?
6.3 Какие характеристики называются характеристиками упругости?
6.4Как экспериментально определяются модули упругости при кручении?
6.5 Принцип работы испытательной установки на кручение.