LABORATORIUM MATERIAŁOZNAWSTWA

Ćwiczenie nr 3

PRÓBA STATYCZNA ŚCISKANIA MATERIAŁÓW

Uniwersytet Technologiczno - Przyrodniczy w Bydgoszczy Wydział Zarządzania
Materiałoznawstwo	Imię i Nazwisko:
Laboratorium
Nr ćwiczenia: 3
	Gr.D22 Sem.III

• 1. Wstęp

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z praktycznym sposobem badania własności  wytrzymałościowych na ściskanie materiałów, używanymi do tego celu próbkami
i urządzeniami oraz interpretacją i opracowaniem wyników próby. Przeprowadzono próbę statystyczną zwykłą, której rezultatem było wyznaczenie: wytrzymałości na ściskanie.

Celem próby ściskania różnych metali lub ich stopów jest określenie wartości naprężeń powodujących ich zniszczenie i ustalenie wykresu lub pracy odkształcenia .

Zajęcia mają na celu poznanie technik posługiwania się urządzeniami do wykonywania pomiarów, jak również mają za zadanie przygotować do praktycznego ich stosowania. Uzyskanie wyniku badania zgodnego z faktycznym stanem badanego materiału (z punktu widzenia jego cech wytrzymałościowych), wymaga odpowiedniego przygotowania od strony technicznej - w zakresie umiejętności posługiwania się urządzeniami, jak również od strony merytorycznej - pozwalającej na właściwą interpretację uzyskanych wyników badań.

2. Wstęp teoretyczny

Próba ściskania jest odwróceniem próby rozciągania, dlatego też wszystkie wielkości mechaniczne wyznacza się podobnie jak przy próbie rozciągania. Próba musi być tak przeprowadzona, aby uzyskać osiowe ściskanie, a płaszczyzny ściskające próbę mogły ustawić się równolegle do płaszczyzn podstaw próbki.

Próba statyczna ściskania dla różnych tworzyw przebiega inaczej ze względu
na charakter odkształceń i zniszczenia. Charakterystyki ściskania dla różnych tworzyw przedstawiono na poniższym rysunku. Powierzchnie czołowe powinny być do siebie równoległe i prostopadłe do osi próbki..

3.a Próbki

Do próby ściskania stosuje się przeważnie próbki o przekroju okrągłym. Stawiane
są pewne wymagania dotyczące wykonania próbek. Jednym z ważniejszych wymagań
jest równoległość płaszczyzn czołowych oraz ich prostopadłość do osi próbki. Tylko próbki z drewna wykonywane są w kształcie kostek o wymiarach 20 x 20 x 30 mm. Średnica próbki ta zależy od wymiarów i kształtu materiału, z którego pobrane są odcinki próbne,
oraz do największej siły ściskającej maszyny. Dla materiałów sprężysto - plastycznych zaleca się stosować średnicę próbek 10, 20 lub 30 mm, w zależności od rodzaju kruszywa wypełniającego beton. Wysokość próbki h zależy od rodzaju materiału, rodzaju próby
i sposobu pomiaru odkształceń i wynosi:

1cm - dla próbek z betonu,

1,5cm - dla próbek z drewna i tworzyw metalowych przeznaczonych do próby zwykłej,

10cm - dla próbek metalowych przeznaczonych do pełnej próby ścisłej.

<nie mogłem znaleźć norm dla długości materiału którego badaliśmy na ćwiczeniach>

Powierzchnie czołowe powinny być do siebie równoległe i prostopadłe do osi próbki..

 Zał 1. Normy wymiarów próbek na ściskanie /wg PN-68/H-04321/

3.b Badana próbka

W naszym wypadku badanym materiałem jest wolec walec wydrążony z ziemniaka.

h = 16,81 mm

d_o = 9,05 mm

F max= 500 N

4. Stanowisko badawcze. (wytrzymałościomierz)

Próbę ściskania przeprowadza się przy użyciu pras
lub uniwersalnych maszyn wytrzymałościowych. Próbkę układa
się między umieszczone w zrywarce płaskie, polerowane i twarde płyty naciskowe, z których jedna ( pożądana górna ) powinna mieć przegub kulisty. Przegub ten eliminuje punktowy styk między płytą a podstawą próbki i ułatwia ich bardziej równomierne przyleganie. Promień, którym zakreślona jest czasza przegubu, powinien mieć swój początek w środku powierzchni stykającej
się z płaszczyzną czołową próbki. Oś próbki powinna pokrywać
się z osią obciążenia.

5. Przebieg ćwiczenia:

a.) Skrobia ziemniaczana

-Pomiar wysokości i średnicy badanej próbki: d=9,05 mm

h= 16,81 mm

-Ułożenie próbki pomiędzy talerzami ściskającymi maszyny wytrzymałościowej

-Ustalenie wszystkich parametrów do ściskania wymaganych przez program

-Uruchomienie maszyny wytrzymałościowej

-Zakres siłomierza: 0 500 [kN] ,

b.) Przebieg badania

Wyrób lub wykonaną z niego próbkę poddaje się działaniu osiowej siły ściskającej
aż do zniszczenia. Na podstawie określonej wartości siły niszczącej i znanego pola ściskanej powierzchni próbki oblicza się wielkość niszczących naprężeń ściskających, a więc wytrzymałość
na ściskanie.

Badanie wykonać stosując odpowiednią maszyną wytrzymałościową. Próbki poddaje
się osiowemu ściskaniu w kierunku prostopadłym do wyrównanych podstaw. Oś geometryczna powinna pokrywać się z osią geometryczną maszyny. Zapewni to uzyskanie osiowego ściskania.
Siła obciążająca próbkę powinna wzrastać w sposób jednostajny z prędkością.

c.) Wytrzymałości na ściskanie

Naprężenie „Rc” otrzymane jako stosunek największej siły obciążającej
„Fc”, powodującej zniszczenie próbki, do pola powierzchni pierwotnego przekroju poprzecznego „S₀”, nazywa się wytrzymałością na ściskanie.

gdzie: F_c - największa siła powodująca zniszczenie próbki,

S₀ - pole pierwotnego przekroju poprzecznego próbki.

S_o= 3.14* 4,525^2= 64.293 ≈ 64.3 mm²

F_c = 23.7221

R_c= 23.7221 / 64.3 = 0,3689 ≈ 0,37 MPa

Odp. Wytrzymałość na ściskanie danej próbki, <w tym wypadku skrobi ziemniaczanej> wynosi 0,37 MPa

d.) Wykres wytrzymałości na ściskanie

5. WNIOSKI:

Podczas zwiększania siły ściskającej w trakcie prowadzonego badania następuje coraz większe spłaszczenie próbki aż do wyczerpania się siły oddziaływującej przez materiał. Ustaliliśmy również obciążenia niszczące próbkę czyli jej wytrzymałość na ściskanie, które obrazuje załączony wykres. Badania wytrzymałości na ściskanie metodą statyczną wskazują na słabą wytrzymałość jeśli chodzi o badany materiał <kartofel> wytrzymałość na ściskanie równa jest 0,37 MPa, analiza naprężeń potwierdziła negatywną odporność na ściskanie ziemniaka.

Wraz ze wzrostem siły działającej na próbkę wykres ściskania szybko wzrasta
aż do maksymalnego momentu naprężenia w którym opór ze strony próbki słabnie.
Na wykresie możemy zaobserwować Analiza statystyczna wyników badań wytrzymałościowych wykazuje ze próbka podczas ściskania z pierwszego kształtu
pod wpływem działania siły przeobraża się w kształt beczkowy aż następuje zniszczenie badanej próbki.

Wykres uzyskany podczas przeprowadzonej próby możemy podzielić na 3 fazy.
W pierwszej fasie nie widzimy jakichkolwiek reakcji badanej próbki. Podczas drugiej fazy następuje działający wzrost naprężenia próbki przy dołożonej sile. W drugiej fasie wzrost naprężenia jest proporcjonalny do przyłożonej siły jednak jest to zakończone pęknięciem próbki przy sile równej 23,7221 N. W trzeciej fasie naprężenie maleje.

Zał. 1

Wymiary próbek na ścinanie /wg PN-68/H-04J21/

Średnica		Długość min. ^1/r
wymiar nominalny d	odchyłka
mm	pm	mm
0,2-1	- 11 - 39	15
l
2-3				15
3-5			- 20 - 50
5-6				20
6-8			- 25 - 61
8-10				28
10 - 12			- 32 - 75
12-16			36
16 - 18		- 40 -92	44
18 - 20			57
20 - 25
^1/^r Najmniejsza długość próbki powinna być równa sumie szero­kości wkładek ustalających i wkładki ścinającej

Próbę ściskania tworzyw określają przepisy polskich norm. Dla metali sprężyste - plastycznych obowiązuje norma PN - 57 / H - 04320 , dla żeliwa szarego PN - 80 / H - 83119, dla betonu PN - 75 / B - 06250, dla drewna PN - 71 / D - 04102 i dla tworzyw sztucznych PN - 68 / C - 89031.

---