GDAŃSK 20.10.1997

MECHANIKA BUDOWLI

LABORATORIUM

Ćwiczenie nr 2

Temat:

PRÓBA STATYCZNA ŚCISKANIA METALI

WYKONALI:

Henryk Windorpski

Krystian Majocha

SPRAWOZDANIE

1.1:CEL ĆWICZENIA

Próba statyczna ściskania ma za zadanie wykazać i potwierdzić cechy normowe danego materiału . Dzięki przeprowadzonemu doświadczeniu jesteśmy w stanie określić wytrzymałościowe i plastyczne właś-ciwości badanej próbki, a także różnice oraz cechy wspólne charakteryzujące materiały plastyczne i kruche.

1.2 SPOSÓB WYKONANIA :

Próba statyczna ściskania polega na osiowym ściskaniu normowych cylindrycznych próbek w maszynie wytrzymałościowej . Działamy na wybrane przez nas próbki powolnie wzrastającą siłą ściskającą .Do próby wykorzystaliśmy dwa stopy metali - w doświadczeniu pierwszym był to stop aluminium ( o właś-ciwościach plastycznych ), natomiast w doświadczeniu drugim stop duraluminium ( o właściwościach ciała kruchego ) .

2.OPIS PRÓBKI :

W obydwu doświadczeniach wykorzystaliśmy próbki o jednakowych parametrach, w kształcie walca .

- wysokość H­_O = 1.5 d0 = 30 [mm]

- średnica d_O = 20 [mm]

3.WYKRES ROBOCZY - został zawarty w załączniku nr 1

4. OBLICZENIA :

Próba nr 1 - ALUMINIUM

Dane : Szukane :

R_Hc , R_0,01 , R_0,2 , Re_C , E

S₀ =3,14 [cm²]

F_Hc = 30,00 [ kN ] R_Hc = F_Hc / S₀ = 95,54 [Mpa]

F_0,01 = 32,00 [ kN ] R_0,01 = F_0,01 / S₀
= 101,91 [MPa]

Fe_C = 39,50 [ kN ] Re_C =
Fe_C / S₀ = 125,81 [MPa]

E = DR / De

Dla wyznaczenia E odczytano z wykresu zmianę odkształceń przy zmianie siły w zakresie 9,6-28,8 KN (DF=19,2KN).Zmiana długości wyniosła 0,2mm (Dl = 0,2mm). Jako , że E = DR/De ,obliczono DR i De jako : D R = DF/S i De = Dl/DL .

stąd : E =
9,17 GPa .

Próba nr 2 - DURALUMINIUM

Dane : Szukane :

S₀ =3,14[cm²] R_Hc , R_0,01 , R_0,2 , R_C , E , A_C

F_Hc = 103,33 [ kN ] R_Hc = F_Hc / S₀ = 329,08 [MPa]

F_0,01 = 112,00 [ kN ] R_0,01 = F_0,01 / S₀
= 356,69 [MPa]

F_0,2 = 122,00 [ kN ] R_0,2 =
F_0,2 / S₀ = 388,54 [MPa]

F_C = 295,00 [ kN ] Re_C =
Fe_C / S₀ = 939,94 [MPa]

E = DR / De

Dla wyznaczenia E odczytano z wykresu zmianę odkształceń przy zmianie siły w zakresie 20-80 KN (DF=60KN).Zmiana długości wyniosła 0,3mm (Dl=0,3mm). Jako , że E = DR/De ,obliczono DR i De ;jako : D R = DF/S i De = Dl/DL .

stąd E =
12,73 GPa .

H₀ = 30 [mm] A_C = ( H₀ - H_U ) / H₀ 100%

H_u = 23.5 [mm]

A_C = 21,67 %

5.DYSKUSJA OTRZYMANYCH WYNIKÓW

Badanie wykonywaliśmy w celu określenia właściwości stali ściskanej .Specjalnie przygotowane próbki umieściliśmy w prasie ściskającej .Powolny wzrost siły ściskającej spowodował : sprasowanie pierwszej próbki "na plasterek" i zniszczenie drugiej próbki . Urządzenie wytrzymałościowe podczas próby ściskania sporządzało wykresy funkcji (os odciętych-skrócenie całkowite próbki [mm]; oś rzędnych-przyrost siły [Kn] ). Na wykresach widoczne są pewne punkty charakterystyczne , które są granicami pewnych właściwości stali z której wykonana jest próbka .

Punkt (H)-granica proporcjonalności (na kopii wykresu). Dla stali kruchej punkt ten wyznaczamy umownie . Do tego miejsca wykresy są liniowe-skrócenia próbki są proporcjonalne do naprężeń, oprócz początkowej części kiedy trwał rozruch maszyny wytrzymałościowej . Jest to zakres stosowalności prawa Hooke`a .

Następnym, niewyraźnym dla obydwu próbek, jest punkt określający granicę sprężystości

Punkt ten wyznaczamy umownie zarówno dla stali miękkiej jak i twardej .Punkt ten wyznaczamy

umownie. Tuż po przekroczeniu tego punktu wykres dla obydwu próbek odbiega od poprzedniej części co odczytujemy jako powstawanie trwałych odkształceń . Dla stali miękkiej wykres dalej zmienia się nie liniowo i znacznie różni się w tej części od wykresu dla stali twardej . Interpretujemy to jako znaczny przyrost odkształceń przy niewielkim przyroście obciążenia. Natomiast dla stali twardej przy dalszym obciążaniu wykres nieznacznie odbiega

od granicy plastyczności co wskazuje na niewielki przyrost odkształceń trwałych w stosunku do obciążenia .

Później dla stali miękkiej występuje zmiana wykresu w punkcie określonym granicą plastyczności .Po jego przekroczeniu próbka ulega skróceniu bez przyrostu obciążeń. Krzywa wykresu ściskania szybko zaczyna wzrastać i asymptotycznie dąży do prostej poprowadzonej równolegle do osi obciążeń , w punkcie odpowiadającym skróceniu równemu początkowej długości próbki .

. Dla stali twardej na wykresie nie jest wyraźnie widoczny ten punkt , dlatego wyznaczyliśmy go umownie ,podobnie jak granicę sprężystości .Przy dalszym ściskaniu począwszy od granicy plastyczności wykres coraz bardziej się zakrzywiał aż do punktu w którym nagle się urywa co świadczy o zniszczeniu próbki . Zniszczona próbka doznała ścięcia . Ścięcie to było poprzedzone trwałymi odkształceniami , opisanymi wyżej i spowodowane było naprężeniami stycznymi występującymi w przekrojach nachylonymi pod kątem 45 st. do kierunku naprężeń głównych . Pęknięcie poślizgowe zaszło pod kątem zbliżonym do nachylenia ww. przekrojów .

Podczas ściskania próbki można zauważyć, że zmienia ona swój kształt na beczkowaty co wynika z tego, że na powierzchni styku z płytami dociskowymi prasy i próbki występują siły tarcia , które powodują powstanie naprężeń stycznych zaburzających przebieg odkształceń.

Próba ściskania ma dosyć ograniczone znaczenie, szczególnie dla materiałów sprężysto-plastycznych (miedź, aluminium), których takie wartości, jak stała sprężystości, czy granica proporcjonalności, sprężystości i plastyczności mają mniej więcej takie same wartości zarówno przy ściskaniu jak i przy rozciąganiu. Dlatego też w obliczeniach dla tych materiałów przyjmujemy tą samą wytrzymałość dla rozciągania i ściskania.

Na próbce aluminium, mimo spłaszczenia „na plasterek”, na powierzchni bocznej nie występują oznaki zniszczenia w postaci rys. Świadczy to o dobrej plastyczności próbki.

Próbka duraluminium doznała podczas ściskania pęknięcia poślizgowego (ścięcia). Pęknięcie poślizgowe poprzedzone było trwałymi odkształceniami wywołanymi naprężeniami stycznymi występującymi w przekrojach nachylonych pod kątem 45° do kierunku naprężeń głównych i zaszło pod kątem zbliżonym do kąta nachylenia tych przekrojów.

---