POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Inżynierii Lądowej
LABORATORIUM Z MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH
SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH
Ćwiczenie laboratoryjne nr 1
Temat:	Badania własności mechanicznych drewna i stali
Imię i nazwisko:	Piotr GUMIŃSKI
Data wykonania ćwiczenia: 25.03.2006 r.		Grupa dziekańska	3	Rodzaj studiów	Zaoczne
				Rok akademicki	2005/06	Semestr	IV
Prowadzący zajęcia: dr inż. Szczepan Lutomirski
Ocena:

AWOZDANIE Z PRZEPROWADZENIA ĆWICZENIA

SPRAWOZDANIE Z PRZEPROWADZENIA ĆWICZEŃ

1. TEMAT ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO nr 1

Badanie własności mechanicznych drewna i stali

2. PODSTAWY TEORETYCZNE

2.1. Wiadomości wstępne

Podstawową próbą badań własności mechanicznych metali jest próba statyczna rozciągania metali, ujęta normą PN EN 10002-1 - AC1. Dzięki takim próbom otrzymujemy podstawowe informacje o własnościach wytrzymałościowych i plastycznych danych metali. Próba taka realizuje najprostszy stan naprężeń, jaki powstaje przy prostym rozciąganiu. Badanie wytrzymałościowe w trakcie tej próby polega na osiowym rozciąganiu próbki odpowiednio ukształtowanej na maszynie wytrzymałościowej zwanej zrywarką. Przeprowadzając statyczną próbę rozciągania metali należy pamiętać, iż uzyskane wyniki pochodzą z badań przeprowadzonych na próbkach, a zatem nie mogą odzwierciedlać zachowania się gotowych konstrukcji pod obciążeniem.

2.2. Podstawowe pojęcia

2.2.1. Statyczna próba rozciągania

Najważniejsza próba wytrzymałościowa, będąca podstawą i weryfikacją wielu założeń, aproksymacji i rozważań; skodyfikowana w normie, opisującej wymagania dotyczące maszyny wytrzymałościowej (patrz: zrywarka), próbek, sposobu dokonania próby i zawartości protokołu; wykresy rozciągania stali twardej i miękkiej różnią się dość znacznie (głównie w obszarze granicy plastyczności); o znaczeniu próby decydują: łatwość i dokładność uzyskania jednoosiowego i jednorodnego stanu naprężenia, przejście w jednej próbie przez wszystkie możliwe stany mechaniczne materiału, bezpośrednia i prosta interpretacja stanu mechanicznego na każdym etapie

Podczas badania otrzymuje się wykres zależności pomiędzy wydłużeniem próbki, a wielkością stopniowo wzrastającej siły rozciągającej. Rzędne wykresu przedstawiają wartość siły rozciągającej, a odcięte przedstawiają wydłużenie próbki.

Otrzymany po wykonaniu badania wykres dzieli się na:

Okres 1. - okres proporcjonalności i sprężystości materiału (odcinek 0-1) - wykres jest linią prostą, co wskazuje na to, że odkształcenia rosną proporcjonalnie do wzrostu naprężeń.

Naprężenie odpowiadające punktowi 1 na wykresie nazywa się granicą proporcjonalności i sprężystości

Okres 2. - charakteryzuje się tym, że odkształcenia zaczynają wzrastać szybciej niż naprężenia, materiał wykazuje jednak częściową sprężystość (odcinek 1-2)

Okres 3. - okres plastyczności (płynności) materiału, (odcinek 2-3) - charakteryzuje się tym, że wydłużenie wzrasta prawie bez jednoczesnego wzrostu naprężeń. W tym okresie materiał zachowuje się tak jakby stracił zdolność opierania się działaniu sił i zaczął płynąć.

Naprężenie odpowiadające punktowi 2 na wykresie nazywa się granicą plastyczności

Okres 4. - okres odzyskiwania przez materiał zdolność opierania się działaniu siły rozciągającej, ale wydłużenia wzrastają szybciej niż naprężenia. Przy sile odpowiadającej punktowi 4 następuje zwężenie się próbki, czyli powstaje tzw. szyjka.

Naprężenie odpowiadające punktowi 4 nosi nazwę wytrzymałości materiału na rozciąganie.

Okres 3. nazywany jest też fazą plastycznego wzmocnienia materiału

Okres 5. - następuje spadek siły wskutek przewężenia przekroju i płynięcia materiału próbki. Okres ten kończy się rozerwaniem próbki, które następuje w punkcie 5.

Przykładowy wykres odkształceń metalu przy rozciąganiu w zależności od naprężeń

2.2.2. Zrywarka

Maszyna wytrzymałościowa do przeprowadzania statycznej próby wytrzymałościowej (rozciągania, ściskania, zginania, itp.) Zrywarka zaopatrzona jest w ekstensometr, urządzenie służące do pomiaru przemieszczenia, a w danym przypadku, do pomiaru rozciągnięcia badanej próbki.

2.2.3. Umowna granica plastyczności

Granica plastyczności wyznaczana gdy brak wyraźnej granicy plastyczności (np. stal twarda), odpowiadająca umownemu odkształceniu trwałemu (np. 0.2%)

2.2.3.1. Granica plastyczności

Naprężenie (pozorne), przy którym pojawiają się pierwsze odkształcenia plastyczne; dla materiału z wyraźną granicą plastyczności jest to naprężenie odpowiadające plateau płynięcia; dla materiału nie wykazującego wyraźnej granicy plastyczności jest to wielkość umowna; por. statyczna próba rozciągania

2.2.3.2 Wyraźna granica plastyczności

Granica plastyczności obserwowana doświadczalnie w postaci poziomego odcinka (tzw. plateau płynięcia) na wykresie σ(ε) statycznej próby rozciągania

2.2.3.3. Odkształcenia plastyczne

Odkształcenia trwałe; przeciwieństwo odkształceń sprężystych, znikających po zdjęciu obciążenia (po odciążeniu)

2.2.4. Moduł sprężystości

Moduł sprężystości Younga (E) inaczej moduł odkształcalności liniowej albo moduł sprężystości podłużnej. Wielkość uzależniająca odkształcenie liniowe materiału od naprężenia jakie w nim występuje.

Jednostką modułu Younga jest paskal. Jest to wielkość określająca sprężystość materiału.

3. CEL ĆWICZENIA

3.1. Zadaniem naszym jest określenie własności wytrzymałościowych i plastycznych próbek stali zbrojeniowej gatunków:

• St3S

• 18G2b

• 34GS

• BSt500
  

4. PRZEBIEG WYKONYWANYCH CZYNNOŚCI

1. Przebieg wykonywanych czynności

1. Rozciąganą próbkę umieszczamy centralnie względem oci szczęk i zaciskamy jedynie górną szczękę.

2. Sprawdzamy ustawienie ekstensonometru (należy ustawić równe odległości górnego i dolnego remienia ekstensonometru od środka próbki

3. Wyzerowujemy siłomierz i zaciskamy próbkę w dolnej szczęce

4. Uruchomienie zrywarki

5. po zerwaniu próbki należy usunąć ją z maszyny

6. Po zakończeniu badania należy odczytać wielkości charakterystyczne

7. można również wykonać wydruki komputerowe z przeprowadzonego badania

1. Wielkości charakterystyczne

4.2.1. Granica plastyczności R_e (górna i dolna)

gdzie:

R_e - R_eH - górna granica plastyczności

R_eL - dolna granica plastyczności

F_e - F_eH - Siła przy górnej granicy plastycznej

F_eL - siła przy dolnej granicy plastyczności

S₀- powierzchni przekroju poprzecznego próbki

4.2.2. Wytrzymałość na rozciąganie Rm

gdzie:

F_m - największa siła zrywająca

S₀- powierzchni przekroju poprzecznego próbki

4.2.3. Wydłużenie względne A_p10

gdzie:

L_u - długość pomiarowa końcowa

L₀ - długość pomiarowa początkowa

2. Badane próbki

1. pręt zbrojeniowy gładki St3S o średnicy nominalnej 12 mm

2. pręt zbrojeniowy żebrowany 18G2b o średnicy nominalnej 12 mm

3. pręt zbrojeniowy żebrowany 34GS o średnicy nominalnej 12 mm

4. pręt zbrojeniowy żebrowany BSt500S o średnicy nominalnej 12 mm

5. WYNIKI

Wyniki przeprowadzonych badań zawarte są w załącznikach:

1. Wyznaczenie umownej granicy plastyczności dla pręta St3S Ø 12 mm

2. Wymiary geometryczne próbek

3. Pomiary i obliczenia

4. Wykres odkształceń przy rozciąganiu pręta St3S Ø 12 mm

5. Wykres odkształceń przy rozciąganiu pręta 18G2b Ø 12 mm

6. Wykres odkształceń przy rozciąganiu pręta 34GS Ø 12 mm

7. Wykres odkształceń przy rozciąganiu pręta BSt500 Ø 12 mm

8. Zbiorczy wykres porównawczy dla wszystkich badanych próbek

ZESTAWIENIE WYNIKÓW BADAŃ NA ROZCIĄGANIE PRÓBEK STALOWYCH
dla pręta St3S Ø 12 mm
Wyznaczanie umownej granicy plastyczności
Data badania: 14.05.2005					Grupa: IV
Lp.	Siła	Naprężenie	Odczyt	Przyrost		Wydłużenie
												całkowite	sprężyste	trwałe
		kN	MPa	mm*10^-3	mm*10^-3		mm*10^-3	mm*10^-3	mm*10^-3
1	0,50		1	-		-	-	-
2	5		22	21		21	21	-
3	10		43	21		43	43	-
4	15		65	22		65	65	-
5	20		87	22		87	87	-
6	25		109	22		109	109	-
7	30		132	23		132	132	-
8	35		155	23		155	155	-
9	40		177	22		177	177	-
10	45		201	24		201	201	-
11	50		236	35		236		57
12	55		297	61		297		83
13	56		320	23		320		27,4
14	57		347	27		347		28,4
15	58		410	63		410		67,4
16	59		519	109		519		113,4
17	60		768	249		768		253,4
18	61
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

ZESTAWIENIE WYNIKÓW BADAŃ NA ROZCIĄGANIE PRÓBEK STALOWYCH

Wymiary geometryczne próbek

Data badania: 14.05.2005

Grupa: IV

Lp.

Próbki płaskie

Próbki okrągłe żebrowane

Próbki okrągłe gładkie

a0

b0

S0

l

G

d0

S0

l

d0

S0

Grubość próbki

Szerokość próbki

Powierzchnia przekroju poprzecznego

Długość próbki

Masa próbki

Średnica obliczeniowa próbki

Powierzchnia przekroju poprzecznego

Długość próbki

Średnica próbki

Powierzchnia przekroju poprzecznego

mm

mm

mm^2

cm

g

mm

mm^2

cm

mm

mm^2

1

Gatunek stali: St3S

2

Gatunek stali: 18G2b

3

Gatunek stali: 34GS

4

Gatunek stali: BSt500

5

6. WNIOSKI

Po przeprowadzeniu badania wszystkich próbek stwierdzono

4

Zespół nr 6 - Materiały Budowlane - Metale - Statyczna próba rozciągania

---