Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Zmęczenie materiałów pod kontrolą Laboratorium Statyczna próba rozciągania |
Rok studiów ………… Grupa ……… Data ćwiczeń ………….… Ocena: …….………… …………………………………………………………. (NAZWISKO IMIĘ) …………………………………………………………. (NAZWISKO IMIĘ) |
---|
Plik stanowi instrukcję do opracowania sprawozdania.
Wyróżnione kursywą i kolorem niebieskim komentarze stanowią tylko informacje pomocnicze, które należy usunąć z finalnej wersji sprawozdania.
Ogólna charakterystyka eksperymentu
Opis próby statycznego rozciągania
Przedstawić w sposób ogólny krótką charakterystykę próby statycznego rozciągania:
- na czym polega badanie (2-3 zdania),
- jakie wielkości rejestrowane były podczas przeprowadzonej próby,
Bezpośrednim wynikiem badania jest krzywa statycznego rozciągania prezentująca zmianę naprężeń (σ) w funkcji odkształceń (ε). Krzywa ta przedstawiona być może we współrzędnych inżynierskich (ε, σ) lub rzeczywistych ($\tilde{\varepsilon,\ }\tilde{\sigma}$). Na tej podstawie określa się charakterystyczne dla danego materiału granice wytrzymałościowe oraz monotoniczne własności mechaniczne badanego materiału.
Cele ćwiczenia:
wyznaczenie inżynierskiej krzywej statycznego rozciągania (ε, σ) dla badanego materiału,
wyznaczenie rzeczywistej krzywej statycznego rozciągania ${\tilde{\sigma}}_{\text{th}} = f\left( {\tilde{\varepsilon}}_{\text{th}} \right)$ na podstawie teoretycznych zależnościach pomiędzy odkształceniami i naprężeniami inżynierskimi (ε, σ) a rzeczywistymi (${\tilde{\varepsilon}}_{\text{th}},\ {\tilde{\sigma}}_{\text{th}}$),
wyznaczenie dla badanej stali rzeczywistej krzywej statycznego rozciągania ${\tilde{\sigma}}_{\text{ex}} = f\left( {\tilde{\varepsilon}}_{\text{ex}} \right)$ na podstawie zarejestrowanych w trakcie próby odkształceń poprzecznych,
porównanie inżynierskiej krzywej rozciągania (σ = f(ε)) oraz krzywych rzeczywistych wyznaczonych obydwoma metodami (${\tilde{\sigma}}_{\text{th}} = f\left( {\tilde{\varepsilon}}_{\text{th}} \right)$ oraz ${\tilde{\sigma}}_{\text{ex}} = f\left( {\tilde{\varepsilon}}_{\text{ex}} \right)$),
wyznaczenie dla badanego materiału następujących granic wytrzymałościowych:
wyraźnej granicy plastyczności Re (jeśli istnieje),
umownej granicy plastyczności Re0.2%,
doraźnej wytrzymałości na rozciąganie Rm,
inżynierskich naprężeń niszczących σf,
rzeczywistych naprężeń niszczących ${\tilde{\sigma}}_{f}$.
wyznaczenie inżynierskiego (εf) i rzeczywistego (${\tilde{\varepsilon}}_{f}$) odkształcenia po rozerwaniu oraz przewężenia (q),
wyznaczenie modułu Younga (E),
wyznaczenie liczby Poissona (ν),
wyznaczenie współczynnika (H) oraz wykładnika umocnienia (n).
Skojarzone normy
PN-EN 10002-1+AC1 podać tytuł
ASTM E 8M podać tytuł
ASTM E 132 podać tytuł
ASTM E 646 podać tytuł
Geometria i materiał próbki:
Narysować geometrię próbki na podstawie poniższego szkicu. Średnicę opisać jako: d0. Na części roboczej próbki zaznaczyć dodatkowo odcinek pomiarowy L0=50 mm.
Rys. 1. Geometria badanej próbki.
Materiał próbki: stal 18G2A
Średnica początkowa: d0=10 mm (podać dokładną wartość zmierzoną na próbce – zob. raport badania)
Początkowa długość bazowa: L0=50 mm
Stanowisko badawcze i przebieg pomiaru
Próba statycznego rozciągania prowadzona była na serwohydraulicznej maszynie wytrzymałościowej MTS 810 (rys. 2) o maksymalnej nośności 100 kN. Sterowanie maszyny odbywało się za pośrednictwem kontrolera MTS FlexTest SE, z wykorzystaniem oprogramowania TestWorks 4.
Rys. 2. Maszyna wytrzymałościowa użyta do próby statycznego ściskania; a) widok ogólny, b) sposób obciążania próbki, c) schemat układu pomiarowego: 1 – czujnik przemieszczenia LVDT, 2 – serwozawór, 3 – ekstensometr wzdłużny, 4 – ekstensometr poprzeczny, 5 – badana próbka, 6 – czujnik siły, 7 – kondycjoner, 8 – układ próbkująco–pamiętający, 9 – przetwornik analogowo cyfrowy, 10 – układ sterowania, 11 – komputer, P(t), etr(t), e (t), S(t), – odpowiednio sygnały siły, wydłużenia z ekstensometru poprzecznego, wydłużenia z ekstensometru wzdłużnego i przemieszczenia z czujnika LVDT.
Badanie wykonano było na próbce ze stali {symbol stali} o geometrii przedstawionej na rys. 1. Próbka mocowana była w hydraulicznie zaciskanych uchwytach w sposób pokazany na rys. 2b. Prędkości przesuwu siłownika maszyny wytrzymałościowej w sprężystym zakresie odkształcenia próbki wynosiła VS1=5 mm/min, zaś w zakresie plastycznym VS2=15 mm/min. W trakcie próby w sposób ciągły rejestrowane były: przemieszczenie siłownika maszyny wytrzymałościowej S(t) (mm), siła działającej na próbkę P(t) (N), odkształcenie wzdłużne próbki e(t) (mm) oraz jej odkształcenie poprzeczne (zmiana średnicy) etr(t) (mm). Sygnał S(t) pochodził z czujnika LVDT (ang. Linear Variable Displacement Transformer – poz. 1, rys. 2c). Odkształcenie poprzeczne próbki mierzono za pomocą ekstensometru Epsilon 3575-250M-ST o zakresie pomiarowym ±2.5 mm (poz. 4, rys. 2c). Do pomiaru odkształcenia wzdłużnego użyto ekstensometru Epsilon 3542-025M-025-ST o bazie pomiarowej 25 mm i zakresie pomiarowym ±6.25 mm (poz. 4, rys. 2c). Obydwa ekstensometry mocowane były bezpośrednio na badanej próbce w sposób pokazany na rys. 2.b. Zastosowane oprogramowania (TestWorks 4) umożliwiało automatyczne wyznaczanie podstawowych parametrów materiałowych badanych próbek na podstawie rejestrowanych sygnałów oraz początkowych (d0, L0) i końcowych (df, Lf) wymiarów próbki.
Wyniki badań i obliczeń
Krzywe rozciągania
Rys. 3. Porównanie inżynierskiej krzywej rozciągania (σ = f(ε)) oraz krzywych rzeczywistych wyznaczonych na podstawie teoretycznych zależnościach pomiędzy odkształceniami i naprężeniami inżynierskimi (krzywa ${\tilde{\sigma}}_{\text{th}} = f\left( {\tilde{\varepsilon}}_{\text{th}} \right)$) i na podstawie zmierzonych odkształceń poprzecznych (krzywa ${\tilde{\sigma}}_{\text{ex}} = f\left( {\tilde{\varepsilon}}_{\text{ex}} \right)$).
Użyte zależności:
Obliczenia rzeczywistych odkształceń i naprężeń na podstawie odkształceń i naprężeń inżynierskich:
Dane: ε, σ (odkształcenia i naprężenia inżynierskie); szukane: ${\tilde{\varepsilon}}_{\text{th}}$, ${\tilde{\sigma}}_{\text{th}}$
Podać zależności na podstawie których liczone były ${\tilde{\varepsilon}}_{\text{th}}$ oraz $\ {\tilde{\sigma}}_{\text{th}}$
Obliczenia rzeczywistych odkształceń i naprężeń na podstawie zarejestrowanych w trakcie próby odkształceń poprzecznych (etr)
Dane: szukane: ${\tilde{\varepsilon}}_{\text{ex}}$, ${\tilde{\sigma}}_{\text{ex}}$
d0 - średnica początkowa próbki ${\tilde{\varepsilon}}_{\text{exf}},\ {\tilde{\sigma}}_{\text{exf}}$
P - siła osiowa
etr - bezwzględne odkształcenie poprzeczne,
Pf - siła w momencie zniszczenia,
q - przewężenie próbki po zniszczeniu
Podać zależności na podstawie których liczone były ${\tilde{\varepsilon}}_{\text{ex}}$ , $\ {\tilde{\sigma}}_{\text{ex}}$, ${\tilde{\varepsilon}}_{\text{exf}}$ oraz ${\tilde{\sigma}}_{\text{exf}}$
Charakterystyczne granice wytrzymałościowe
wyraźna granica plastyczności Re (jeśli istnieje),
Podać wartość - odczytać z wykresu σ = f(ε) (jeśli nie istnieje – pominąć ten punkt)
umowna granica plastyczności Re0.2%,
Podać wartość - odczytać z wykresu σ = f(ε)
doraźna wytrzymałość na rozciąganie Rm,
Podać wartość - odczytać z wykresu σ = f(ε)
inżynierskich naprężeń niszczących σf,
Podać wartość - odczytać z wykresu σ = f(ε)
rzeczywistych naprężeń niszczących ${\tilde{\sigma}}_{f}$.
Obliczyć na podstawie σf i stosunku A0/A: napisać zależność – podstawić – podać wynik
Odkształcenia trwałe w momencie zniszczenia:
Inżynierskie odkształcenie po rozerwaniu (εf)
Podać zależność i obliczyć na podstawie danych pomiarowych
przewężenia (q)
Podać zależność i obliczyć na podstawie danych pomiarowych
Rzeczywiste odkształcenie po rozerwaniu (${\tilde{\varepsilon}}_{f}$)
Podać zależność i obliczyć na podstawie A0 i A
Moduł Younga
Rys. 4. Wyznaczanie modułu Younga.
Wyznaczona wartość modułu Younga: E= ??????? MPa
Liczba Poissona1
Rys. 5. Zmiana wzdłużnych (ε) i poprzecznych odkształceń sprężystych (εtr) w funkcji siły (P).
Użyte zależności:
napisać zależność według której obliczono ν – podstawić – podać wynik
Współczynnik2 (H) oraz wykładnik umocnienia (n)
Rys. 6. Przebieg rzeczywistych naprężeń (${\tilde{\sigma}}_{\text{th}}$) w funkcji rzeczywistych odkształceń plastycznych (${\tilde{\varepsilon}}_{th,pl}$).
Wyznaczona zależność pomiędzy rzeczywistymi naprężeniami a rzeczywistymi odkształceniami plastycznymi:
Podać wyznaczoną na rys. 6 zależność: ${\tilde{\sigma}}_{\text{th}} = H{({\tilde{\varepsilon}}_{th,pl})}^{n}$
Stąd:
współczynnik wytrzymałości H = ??? ???
wykładnik umocnienia n = ???
Uwaga: Użyta tu technika wyznaczania liczby Poissona, choć metodologicznie poprawna, nie spełnia zaleceń normy ASTM E 132, rekomendującej stosowanie próbek płaskich.↩
Uwaga: Użyta tu technika wyznaczania współczynnika oraz wykładnika umocnienia, choć metodologicznie poprawna, nie spełnia zaleceń normy ASTM E 646, rekomendującej stosowanie próbek płaskich.↩