Laboratorium Wytrzymałości Materiałów	Imię i nazwisko: Piotr Dasiewicy Rok, grupa: Trzeci, 302 MB
Numer i temat ćwiczenia: 1. Wykonanie statycznej próby rozciągania.	Data wykonania 10.10.2010	Przygotowanie	Sprawozdanie
				Sprawdzian	Ocena:

Przemysłowe badania własności mechanicznych materiałów przeprowadza się za pomocą prób wytrzymałościowych. Podstawowe badania wytrzymałościowe obejmują przypadki obciążenia, które wywołują w przekroju poprzecznym badanej próbki proste stany naprężenia. Przykładem takiej próby jest statyczna próba rozciągania. Próba ta stała się podstawową wytrzymałościową próbą statyczną, mającą szerokie zastosowanie podczas przemysłowego badania materiałów. W trakcie tej względnie prostej próby istnieje możliwość uzyskania prawie jednoosiowego i jednorodnego stanu naprężenia w rozciąganej próbce, możliwość wyznaczenia szeregu wartości charakteryzujących mechaniczne własności materiału, możliwość obserwacji procesu rozciągania aż do zerwania próbki oraz jakościowa i ilościowa jego ocena

Własności mechaniczne badanych materiałów odznaczają się takimi cechami jak:

• Sprężystość, jest to zdolność ciała do powrotu do pierwotnych wymiarów i kształtu po usunięciu przyczyn powodujących odkształcenie.

• Plastyczność, jest to zdolność ciała do całkowicie nieodwracalnego odkształcenia. Odkształcenie takie zależy tylko od wartości obciążenia, a nie zależy od czasu działania obciążenia ani prędkości jego zmian.

• Lepkość, jest to cecha przejawiająca się w postaci sił oporu przeciw ruchom wewnętrznym ciała, wykazującym przestrzenne zróżnicowanie prędkości

• Wytrzymałość, określa wartość obciążenia konieczną do pokonania sił spójności występujących między poszczególnymi atomami ciała.

Własności mechaniczne dzielimy na:

1. Wytrzymałościowe (do których określenia niezbędna jest wartość siły) np.

• umowna granica plastyczności,

• wyraźna granica plastyczności,

• wytrzymałość na rozciąganie,

• naprężenie zrywające.

2. Technologiczne,

• wydłużenie względne,

• wydłużenie równomierne,

• przewężnie względne.

Materiały badane dzielimy na:

• plastyczne, przy rozciąganiu wykazują znaczne odkształcenia trwałe,

• kruche, przy rozciąganiu nie wykazują znacznych odkształceń trwałych.

Wykres rozciągania - parametry:

• umowne odkształcenie, stosunek wydłużenia próbki do jej pierwotnej długości,

• umowne naprężenie, stosunek siły rozciągającej do pierwotnego przekroju poprzecznego.

• umowny wykres rozciągania stosowany jest w celu pominięcia wymiarów próbki.

Charakterystyczne punkty na wykresie rozciągania:

• granica proporcjonalności R_H=F_h\S_o (maksymalne naprężenie przy którym zachodzi proporcjonalność między siłą a wydłużeniem),

• granica sprężystości R_0,05=F_0,05\S_o (maksymalne naprężenie przy którym nie występują jeszcze odkształcenia trwałe) -> ciężko jest je określić, dlatego stosuje się:

a)granicę sprężystości umowną (naprężenie, które wywołuje w próbce wydłużenie trwałe równe 0,05% długości pierwotnej próbki),

• granica plastyczności wyraźna (naprężenie po osiągnięciu którego występuje wzrost wydłużenia bez wzrostu obciążenia) -> rozróżnia się:

a) granicę plastyczności górną (naprężenie odpowiadające pierwszemu szczytowi obciążenia),

b) granicę plastyczności dolną (naprężenie odpowiadające najmniejszej wielkości obciążenia przy wyraźnym wzroście wydłużenia),

• granica plastyczności umowna (naprężenie, które wywołuje w próbce umowne wydłużenie trwałe wynoszące 0,2% długości początkowej),

• wytrzymałość na rozciąganie R_m=F_m\S_o (naprężenie odpowiadające największej sile rozciągającej),

• naprężenie rozrywające R_u=F_u\S₀ (naprężenie odpowiadające stosunkowi siły rozciągającej w chwili zerwania do przekroju).

Własności technologiczne:

• wydłużenie względne A=(L_u-L₀)\L_o - stosunek przyrostu długości próbki po jej zerwaniu do pierwotnej długości próbki wyrażony w %,

• przewężenie względne Z=(S₀-S_u)\S₀ - stosunek zmniejszenia przekroju w miejscu zerwania do powierzchni pierwotnej wyrażony w %,

• wydłużenie równomierne A_r=(D₀²-D_r²)\D_r² - dla próbek o przekroju kołowym.

Stałe sprężystości materiału (stałe materiałowe) - charakteryzują zdolność materiału do odkształcania się sprężystego pod wpływem przyłożonego obciążenia.

Ciało izotropowe charakteryzują 2 stałe sprężystości:

• moduł Younga - współczynnik proporcjonalności pomiędzy naprężeniem a odkształceniem,

• współczynnik Poissona - stosunek poprzecznego skrócenia względnego do wzdłużnego wydłużenia względnego.

Dzięki nim można wyznaczyć wartość:

• modułu sprężystości postaciowej (moduł Kirchoffa),

• modułu sprężystości objętościowej.

Zrywarka - maszyna wytrzymałościowa używana do próby rozciągania.

Tensometr - przyrząd służący do pomiaru względnych zmian wymiarów próbek.

Warunki przeprowadzania próby rozciągania:

- temp 20st.C,

- zakres pomiarowy siłomierza 30-90% maksymalnych wskazań,

- prędkość rozciągania do osiągnięcia R_e dobrana tak by spełniała 2 warunki:

a) prędkość wzrastającego naprężenia rozciągającego musi wynieść 3-30 MPa/s,

b) prędkość wzrastającego wydłużenia względnego musi wynieść 0,00025-0,0025 [s^-1]

- prędkość rozciągania po przekroczeniu R_e powinna być dobrana tak by wzrost długości początkowej nie przekroczył 0,0067 [mm/s].

Wpływ poszczególnych czynników na przebieg procesu:

• temperatura - wraz z jej wzrostem: R_e początkowo rośnie a potem maleje, R_m spada prawie do R_e, moduł Y również spada; w temperaturze poniżej 0⁰C dzieje się na odwrót,

• prędkość rozciągania - wraz z jej wzrostem: R_e i R_m rośnie, towarzyszą temu mniejsze odkształcenia plastyczne, moduł Y i współczynnik Poissona nie zależą od prędkości,

• zamocowanie próbki - niewłaściwe powoduje mimośrodkowe rozciąganie i dodatkowe naprężenie zginające,

• kształt próbki.

Cel wykonania statycznej próby rozciągania - wyznaczenie:

• wyraźnej lub umownej R_e,

• R_m,

• naprężenia rozrywającego,

• wydłużenia względnego i równomiernego,

• przewężenia względnego.

Próbka zastosowana w statycznej próbie rozciągania, próbka o przekroju kołowym.

Tablice pomiarów i wyników

Próbka		Wyniki pomiarów
d0	L0	Fe	Fm	Fu	du	Lu
[mm]	[mm]	[N]	[N]	[N]	[mm]	[mm]
10	50	35930	57751	44783	8	60

Wyniki obliczeń
Re	Rm	Ru	A	Z	Az
[MPa]	[MPa]	[MPa]	[%]	[%]	[%]
457,7	735,68	891,38	20	20	56

Wykres pomiarowy:

Wnioski:

Nasza próbka wydłużyła się o 10mm czyli 20% a jej przewężenie zmniejszyło o 2mm co odpowiada 20%. Statyczna próba rozciągania w naszym wypadku trwała 85 sekund. Z wykresu widać że materiał poddany doświadczeniu posiada wyraźną granice plastyczności na poziomie siły ~35[kN]. Na początku próby rozciągania wykres jest się nieliniowy aż do przemieszczenia ~1.04[mm] co jest spowodowane ułożeniem się próbki w uchwytach zrywarki. Maksymalne naprężenie rozciągające wyniosło 735,7[MPa]

L₀

d₀

---