Katedra Mechaniki Budowli i Mostów Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska	Metody doświadczalne w analizie konstrukcji sprawozdanie z laboratorium ćwiczenie nr 1	Budownictwo studia inżynierskie stacjonarne, sem. IV
				Rok akademicki 2013/2014
Temat ćwiczenia: Próba statyczna rozciągania metali Data wykonania ćwiczenia: 2014.03.06 Data oddania sprawozdania: 2014.03.13 Prowadzący: Dr inż. Agnieszka Tomaszewska Grupa dziekańska: 10B Zespół wykonujący ćwiczenie: 2 i 4 Autor/Autorzy opracowania: Oświadczam(y), że niniejsze sprawozdanie zostało opracowane samodzielnie, na podstawie zdobytej wiedzy, dostępnej literatury oraz wyników uzyskanych w laboratorium (dołączonych do sprawozdania)
Uwagi sprawdzającego:

1. Zgodnie z normą PN-EN 10002-1+AC1 próba statyczna rozciągania metali jest zasadniczą i fundamentalną próbą w badaniu właściwości wytrzymałości metali. Określa ona własności wytrzymałościowe oraz plastyczne danego materiału. Próbką badaną była stal twarda, którą umieszcza się w maszynie wytrzymałościowej Zwick Roell Z400 i poddaje się rozciąganiu aż do zerwania. Maszyna wytrzymałościowa rozciągała próbkę z prędkością 5mm/min. W danej próbce został wywołany jednoosiowy stan naprężenia. Podczas wykonywanego doświadczenia na monitorze komputera rysowany był wykres zależności siły aktualnie działającej na próbkę F wyrażonej w [N] od wydłużenia całkowitego ∆L w [mm].

2. Opis próbki.

d0 - średnica początkowa

L0 - długość początkowa

A0 - pole powierzchni początkowej

d- średnica po zerwaniu

L - długość po zerwaniu

A - pole powierzchni po zerwaniu

WARTOŚCI POCZĄTKOWE
d0	6 [mm]
L0	30[mm]
A0	28,27[mm2]
WARTOŚCI PO ZERWANIU
d	5,2[mm]
L	113[mm]
A	21,24[mm2]

3. Wykres umowny i roboczy

4.Obliczenia

• pole powierzchni przekroju:
  
  

• granica proporcjonalności R_H:
  
  

• granica plastyczności R_e:
  
  
  

• wytrzymałość na rozciąganie R_m:
  
  
  

• naprężenie rozrywające R_u:
  
  
  

• wydłużenie względne A_p:

• przewężenie względne Z:
  
  
  

• praca zerwania L_z:

5. Analiza otrzymanych wyników

Materiał nie wykazuje dużych własności sprężystych, co oznacza, że relacja σ-ε nie jest nawet częściowo prostoliniowa. Naprężenia rosną na całej długości do pewnego momentu, po którym dochodzi do momentalnego zniszczenia materiału. Materiał nie posiada tzw fazy płynięcia. Co więcej nie ma jednoznacznej granicy plastyczności.

Dla stali o wysokiej wytrzymałości granica plastyczności Re powinna mieścić się w granicach 320-360 MPa. Po wykonaniu doświadczenia i zrobieniu obliczeń otrzymano wynik Re=990,29. Przekracza on wartość pożądaną o ponad 175%. Zgodnie z właściwościami stali o dużej wytrzymałości przedstawionymi w tabeli 1.1 granica wytrzymałości na rozciąganie Rm zawiera się w przedziale 520-640 MPa, zaś wynik otrzymany po obliczeniach to 1043,35 MPa. Przekracza on wartość graniczną o ponad 63%. Wartość granicy wytrzymałości wskazuje, że jest to stal wysokiej klasy, o wysokiej zawartości węgla lub wynik jest błędny, ponieważ próbka pękła w miejscu niepożądanym, w miejscu występowania naprężeń stycznych.

Próbka stali twardej uległa pęknięciu poza bazą podczas badania. Założeniem badania było rozerwanie próbki w okolicach jej środka (w bazie). Mogło być to spowodowane złym przygotowaniem próbki, np. stal mogła być niedokładnie frezowana, zawierać minimalne nierówności w miejscu pęknięcia. Mało prawdopodobne jest, by stal była zanieczyszczona, przez co miała miejscowo mniejszą wytrzymałość na rozciąganie osiowe. Otwór, który znajduje się w pobliżu pęknięcia, mógł mieć wpływ na miejsce rozerwania materiału, wraz z naprężeniami stycznymi w główce wywołanymi przez szczypce, które zmniejszają wytrzymałość próbki na rozciąganie. Z zasady de Saint-Venanta wynika, że zmiana naprężeń w materiale ma wpływ na niewielką okolicę obszaru próbki. Z czego należy wnioskować, że dany otwór miał wpływ na rozerwanie próbki poza bazą.

Ze względu na pęknięcie próbki poza bazą, otrzymane wyniki nie zgadzają się z własnościami stali twardej. Aby otrzymać właściwe wyniki, należy przeprowadzić badanie ponownie na odpowiednio przygotowanych próbkach.

Stal twardą stosuje się w budownictwie, np. do budynków wysokościowych. Jej własności pozwalają na przeniesienie większych obciążeń, przy mniejszych średnicach zbrojenia w porównaniu do stali miękkiej. Jest to ważny aspekt ekonomiczny, ponieważ koszt zbrojenia jest mniejszy. Jeśli w stali twardej naprężenia zostaną przekroczone, materiał bardzo szybko ulegnie zniszczeniu. W praktyce oznacza to, że nie ma widocznych oznak niebezpieczeństwa zniszczenia konstrukcji, nie ma czasu np. na ewakuację budynku. Po przekroczeniu granicy proporcjonalności następuje szybkie zniszczenie materiału i całej konstrukcji.

---