PRÓBA ZWYKŁA ROZCIĄGANIA
Opis próby
Próba statyczna rozciągania jest podstawowym rodzajem badania metali, mających zastosowanie w technice i pozwala na określenie własności mechanicznych metali. Doświadczenie to polega na osiowym rozciąganiu próbek o ściśle określonych kształtach mocowanych w uchwytach specjalnych maszyn zwanych maszynami wytrzymałościowymi lub zrywarkami, pozwalającymi w sposób ciągły zwiększać siłę od zera do wartości, przy której następuje zerwanie próbki. Próba ta jest objęta Polską Normą PN-EN 10002-1+AC1
Cel
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie na podstawie statycznej próby rozciągania wielkości wytrzymałościowych takich jak: granica wytrzymałości na rozciąganie, granica plastyczności, naprężenie rozrywające oraz wielkości charakteryzujące materiał pod względem plastycznym: wydłużenie względne wyrażone w procentach i przewężenie względne również wyrażone w procentach.
Stanowisko badawcze.
Do przeprowadzenia statycznych prób rozciągania wykorzystaliśmy maszynę wytrzymałościową typu mechanicznego
Zasada pracy maszyny jest następująca: silnik elektryczny poprzez układ przekładni uruchamia obracającą się nakrętkę. Nakrętka wprawia w ruch śrubę pociągową (2), która przemieszcza dolny uchwyt szczękowy (5). Próbka zamocowana w uchwytach jest rozciągana. Górny uchwyt (8) połączony jest poprzez układ dźwigni z dźwignią uchylną siłomierza, na której znajduje się obciążnik (12).
Rys. 1.1. Maszyna wytrzymałościowa używana do próby rozciągania: 1 - korpus maszyny, 2 - śruba, 3 - nastawnik, 4 - korba, 5 - uchwyt szczękowy, 6 - przyciski sterownicze, 7 - badana próbka, 8 - uchwyt szczękowy, 9 - układ dźwigniowy, 10 - tarcza siłomierza, 11 - rejestrator, 12 - wymienny obciążnik, 13 - listwa pomiarowa
Rodzaje stosowanych próbek
W celu przeprowadzenia próby rozciągania materiału należy przygotować próbkę, która
powinna być wykonana w sposób określony przez odpowiednie normy przedmiotowe. Próbki powinny być wycinane sposobem mechanicznym. Każda próbka ma pryzmatyczną cześć pomiarową oraz części służące do mocowania w uchwytach maszyny wytrzymałościowej. Przejścia od części pomiarowej do główek musza być łagodne.
Rozróżnia się następujące rodzaje próbek:
- o przekroju kołowym,
- o przekroju kwadratowym,
- o przekroju sześciokątnym,
- o przekroju płaskim.
Próbki o przekroju kołowym dzieli się zależnie od rodzaju stosowanych uchwytów na:
- z główkami do uchwytów pierścieniowych,
- z główkami do chwytani w szczęki,
- z główkami gwintowanymi.
Wśród próbek płaskich można wyróżnić dwa typy:
- z główkami
- bez główek.
Wyniki badań
MOSIĄDZ
PRÓBKA ORYGINALNA
Wymiary próbki oryginalnej |
||
Średnica przekroju d0 [mm] |
Pomiar w dwóch prostopadłych kierunkach |
|
|
α-α |
β-β |
1-1 |
10,95 |
10,93 |
2-2 |
10,97 |
10,98 |
3-3 |
10,99 |
10,98 |
|
|
|
Wartość średnia d0 [mm]: |
10,97 |
|
|
|
|
L0 - dł. pomiarowa[mm] |
100,32 |
|
Lc - dł. robocza [mm] |
106,56 |
|
Lt - dł. całkowita [mm] |
309,00 |
|
m -dł. główki [mm] |
98,98 |
PRÓBKA ZNISZCZONA
Wymiary próbki zniszczonej |
|||
Średnice przekroju [mm] |
Pomiar w dwóch prostopadłych kierunkach |
Wartości średnie pomiarów |
|
|
α-α |
β-β |
|
du-szyjka |
10,67 |
10,59 |
10,63 |
dr |
10,74 |
10,69 |
10,72 |
Określenie długości pomiarowej Lu
|
|
Szyjka w strefie środkowej |
Lu = 106,73 [mm] |
Dane próby |
|
Materiał: M058 (mosiądz) |
|
Zakres pomiarowy [kN] |
100 |
Podziałka [N] |
500 |
Przełożenie [] |
10:1 |
Prędkość vF [N/s]0 |
|
Prędkość v [Mpa/s] |
|
Siłą niszcząca Fc [kN] |
49 |
Odkształcenie odcinka pomiarowego |
|||
Odległości między kreskami [mm] |
|||
Nr |
Loi - próbka oryginalna |
Lui - próbka zniszczona |
ΔLi=Loi-Lui |
1. |
10,19 |
10,68 |
-0,49 |
2. |
10,38 |
10,8 |
-0,42 |
3. |
10,13 |
10,69 |
-0,56 |
4. |
10,14 |
10,84 |
-0,7 |
5. |
10,18 |
10,69 |
-0,51 |
6. |
10,2 |
10,91 |
-0,71 |
7. |
10,22 |
10,73 |
-0,51 |
8. |
10,14 |
10,94 |
-0,8 |
9. |
10,27 |
11,05 |
-0,78 |
10. |
10,27 |
10,93 |
-0,66 |
Wydłużenie względne próbki Ap:
Względne wydłużenie równomierne Ar:
Przewężenie Z:
Niepewności pomiarów
- pole powierzchni koła o średnicy
:
gdzie:
- pomiar bezpośredni średnicy
- granica plastyczności:
gdzie:
- pomiar bezpośredni siły
- wydłużenie względne:
STAL
PRÓBKA ORYGINALNA
Wymiary próbki oryginalnej |
||
Średnica przekroju d0 [mm] |
Pomiar w dwóch prostopadłych kierunkach |
|
|
A-A |
B-B |
1-1 |
12,4 |
12,43 |
2-2 |
12,43 |
12,41 |
3-3 |
12,32 |
12,37 |
Wartość średnia d0 [mm]: |
12,39 |
L0- długość pomiarowa[mm] |
102 |
Lc- długość robocza [mm] |
107 |
Lt- długość całkowita [mm] |
308 |
M-długość główki[mm] |
98 |
PRÓBKA ZNISZCZONA
Wymiary próbki zniszczonej |
||
średnice przekroju [mm] |
Pomiar w dwóch prostopadłych kierunkach |
|
|
A-A |
B-B |
du-szyjka |
6,84 |
6,68 |
dr* |
11,32 |
11,34 |
Określenie długości pomiarowej Lu |
|
Szyjka w strefie środkowej |
Lu= 131[mm] |
Dane próby |
|
Materiał: stal S235 JRG2 |
|
Zakres pomiarowy [kN]: |
100 |
Podziałka [N] |
500 |
Przełożenie |
10:1 |
Prędkość vF [N/s]0 |
|
Prędkosć v [Mpa/s] |
|
Siłą niszcząca Fc [kN] |
58 |
Odkształcenie odcinka pomiarowego |
|||
Odległości między kreskami [mm] |
|||
Nr |
Loi - próbka oryginalna |
Lui - próbka zniszczona |
Δli=Loi-Lui |
1. |
9,77 |
12,81 |
-3,04 |
2. |
10,39 |
19,62 |
-9,23 |
3. |
10,12 |
13,61 |
-3,49 |
4. |
10,42 |
12,71 |
-2,29 |
5. |
9,67 |
12,12 |
-2,45 |
6. |
9,67 |
12,12 |
-2,45 |
7. |
10,05 |
12,35 |
-2,3 |
8. |
10,05 |
12,06 |
-2,01 |
9. |
9,87 |
12,05 |
-2,18 |
10. |
9,88 |
11,72 |
-1,84 |
EKSTENSOMETR
Przełożenie ekstensometru: |
|
i=2L/h |
L- odległość [mm] |
|
1153 |
h- szerokość [mm] |
|
4,4524 |
i= |
517,92 |
|
Próbka: pole powierzchni [mm^2] |
S0=PI*d^2/4 |
|
l= dł. pomiarowa [mm] |
100 |
0,1 |
d- średnica [mm] |
9,96 |
|
S0= |
77,87 |
0,08 |
Podziałki |
|
Pomiar siły [N]: |
200 |
łata pomiarowa [mm]: |
1 |
Nr |
Obciążenie |
Δσ=ΔPi/S0 |
Odczyt z liniału ekstensometru |
||||
|
P1 |
P2 |
Δpi |
|
H1 |
H2 |
ΔHi=H2-H1 |
|
[N] |
[N] |
[N] |
[N/mm^2] |
[mm] |
[mm] |
[mm] |
1. |
2000 |
|
|
|
40 |
40 |
0 |
2. |
2000 |
4000 |
2000 |
25,6828 |
40 |
46 |
6 |
3. |
2000 |
6000 |
4000 |
51,3655 |
40 |
51 |
11 |
4. |
2000 |
8000 |
6000 |
77,0483 |
40 |
57 |
17 |
5. |
2000 |
10000 |
8000 |
102,7310 |
40 |
64 |
24 |
6. |
2000 |
12000 |
10000 |
128,4138 |
40 |
70 |
30 |
7. |
2000 |
14000 |
12000 |
154,0965 |
40 |
77 |
37 |
8. |
2000 |
16000 |
14000 |
179,7793 |
41 |
84 |
43 |
9. |
2000 |
18000 |
16000 |
205,4621 |
40,5 |
90 |
49,5 |
10. |
2000 |
20000 |
18000 |
231,1448 |
40 |
98 |
58 |
Wydłużenie, odkształecenie: |
Moduł Younga |
|
|
|
Δli=h*(ΔHi/2L) |
Δ͛͛ε=Δli/l |
Ei=Δσi/Δεi |
δEi |
δEi/E |
[mm] |
[-] |
[MPa] |
[Mpa] |
[-] |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,0116 |
0,0001 |
221694,817 |
1,7217 |
7,766E-06 |
0,0212 |
0,0002 |
241848,892 |
1,0438 |
4,316E-06 |
0,0328 |
0,0003 |
234735,689 |
0,7581 |
3,2297E-06 |
0,0463 |
0,0005 |
221694,817 |
0,6056 |
2,7315E-06 |
0,0579 |
0,0006 |
221694,817 |
0,5315 |
2,3973E-06 |
0,0714 |
0,0007 |
215703,066 |
0,4754 |
2,2041E-06 |
0,0830 |
0,0008 |
216539,124 |
0,4419 |
2,0408E-06 |
0,0956 |
0,0010 |
214976,793 |
0,4148 |
1,9295E-06 |
0,1120 |
0,0011 |
206405,52 |
0,3885 |
1,8822E-06 |
Wartość średnia modułu Younga: |
|||
Eśred= suma od 1 do n z (Ei/n) |
|||
Eśred= |
221699 |
[Mpa] |
|
ZESTAWIENIE NIEPEWNOŚCI
Niepewności pomiarowe: |
||||||||||||||||
Nr |
δΔσ |
δΔH [m] |
δH1 [m] |
δH2 [m] |
δΔP [N] |
δP1 [N] |
δP2 [N] |
δSo |
δi |
δh [m] |
δL [m] |
δΔl |
δΔε |
δl |
δE |
Δl |
1. |
5,1366 |
2 |
1 |
1 |
400 |
200 |
200 |
0,000001 |
116,77 |
1 |
1 |
0,02 |
0,0002 |
1 |
0 |
1 |
2. |
5,1366 |
2 |
1 |
1 |
400 |
200 |
200 |
0,000001 |
116,77 |
1 |
1 |
0,02 |
0,0002 |
1 |
1,722 |
1 |
3. |
5,1366 |
2 |
1 |
1 |
400 |
200 |
200 |
0,000001 |
116,77 |
1 |
1 |
0,02 |
0,0002 |
1 |
1,044 |
1 |
4. |
5,1366 |
2 |
1 |
1 |
400 |
200 |
200 |
0,000001 |
116,77 |
1 |
1 |
0,02 |
0,0002 |
1 |
0,758 |
1 |
5. |
5,1366 |
2 |
1 |
1 |
400 |
200 |
200 |
0,000001 |
116,77 |
1 |
1 |
0,03 |
0,0003 |
1 |
0,606 |
1 |
6. |
5,1366 |
2 |
1 |
1 |
400 |
200 |
200 |
0,000001 |
116,77 |
1 |
1 |
0,03 |
0,0003 |
1 |
0,531 |
1 |
7. |
5,1366 |
2 |
1 |
1 |
400 |
200 |
200 |
0,000001 |
116,77 |
1 |
1 |
0,03 |
0,0003 |
1 |
0,475 |
1 |
8. |
5,1366 |
2 |
1 |
1 |
400 |
200 |
200 |
0,000001 |
116,77 |
1 |
1 |
0,04 |
0,0004 |
1 |
0,442 |
1 |
9. |
5,1366 |
2 |
1 |
1 |
400 |
200 |
200 |
0,000001 |
116,77 |
1 |
1 |
0,04 |
0,0004 |
1 |
0,415 |
1 |
10. |
5,1366 |
2 |
1 |
1 |
400 |
200 |
200 |
0,000001 |
116,77 |
1 |
1 |
0,04 |
0,0004 |
1 |
0,389 |
1 |
Niepewność Δσ:
Niepewność ΔH:
δΔH = δH1+δH2
Niepewność ΔP:
δΔP = δP1+δP2
Niepewność przełożenia ekstensometru i:
Niepewność Δl:
Niepewność Δε:
Niepewność E: