Katedra Mechaniki Budowli i Mostów Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska	Metody doświadczalne w analizie konstrukcji sprawozdanie z laboratorium ćwiczenie nr 2	Budownictwo studia inżynierskie stacjonarne, sem. IV
		Rok akademicki 2013/2014
Temat ćwiczenia: Próba statyczna ściskania metali Data wykonania ćwiczenia: 2014.03.13 Data oddania sprawozdania: 2014.03.27 Prowadzący: dr inż. Agnieszka Tomaszewska Grupa dziekańska: 10 Zespół wykonujący ćwiczenie: cała grupa Autor/Autorzy opracowania: Oświadczam(y), że niniejsze sprawozdanie zostało opracowane samodzielnie, na podstawie zdobytej wiedzy, dostępnej literatury oraz wyników uzyskanych w laboratorium (dołączonych do sprawozdania)
Uwagi sprawdzającego:

1. Opis ćwiczenia

Próba ściskania polega na osiowym ściskaniu normowych cylindrycznych próbek w maszynie wytrzymałościowej. Jej celem jest wyznaczenie wyraźnej granicy plastyczności R_ec (dla materiału plastycznego), wytrzymałości na ściskanie R_c i skrócenia względnego A_c (dla obu materiałów).

W tym sprawozdaniu omówione zostaną wyniki badania dla:

• miedzi – materiał plastyczny

• mosiądzu – materiał kruchy

Ściskana próbka zmienia swój kształt na beczkowaty. Wynika to z ograniczonej możliwości zwiększenia wymiarów poprzecznych przy powierzchni styku, ze względu na występujące siły tarcia powodujące powstawanie naprężeń stycznych. Zaburza to równomierny, jednoosiowy rozkład naprężeń. Powoduje to małą praktyczność przeprowadzanej próby dla materiałów sprężysto‑plastycznych (w naszym przypadku dla miedzi). Wartości stałych sprężystości oraz granicy proporcjonalności, sprężystości i plastyczności są bardzo zbliżone zarówno dla rozciągania, jak i ściskania (w obliczeniach przyjmuje się, że obie wartości są sobie równe). Dla materiałów kruchych (jak mosiądz) wytrzymałość na ściskanie jest znacznie większa od wytrzymałości na rozciąganie. Dla takich materiałów istnieje konieczność przeprowadzania próby ściskania.

1. Opis próbek

Próbki poddane badaniu miały kształt walca o wymiarach:

• średnica: d = 20mm,

• wysokość: h = 1, 5d = 30mm.

Są to wymiary normowe. Wynikają one z faktu, że próbka o większej wysokości ulegałaby wyboczeniu. Przy przyjęciu wymiarów normowych nie zaobserwujemy takiego zjawiska, dzięki czemu otrzymamy wyniki o zastosowaniu praktycznym.

1. Ściskanie miedzi

$$R_{\text{Hc}} = \ \frac{70}{{0,02}^{2} \bullet \pi} = 55,70MPa$$

$$R_{\text{ec}} = \frac{80}{{0,02}^{2} \bullet \pi} = 63,66MPa$$

$$R_{c} = \frac{160}{{0,02}^{2} \bullet \pi} = 127,32MPa$$

$$A_{\text{ch}} = \frac{11,4 - 30}{11,4} \bullet 100\% = - 163,16\%$$

$$A_{\text{cd}} = \frac{\pi({0,02}^{2} - {0,0336}^{2})}{\pi \bullet {0,02}^{2}} \bullet 100\% = - 182,24\%$$

$$E_{c} = \frac{30 \bullet 30}{{(0,02}^{2} \bullet \pi) \bullet 2} = 358,10MPa$$

1. Ściskanie mosiądzu

$$R_{\text{Hc}} = \ \frac{90}{{0,02}^{2} \bullet \pi} = 71,62MPa$$

$$R_{c0,2} = \ \frac{115}{{0,02}^{2} \bullet \pi} = 91,51MPa$$

$$R_{c} = \ \frac{260}{{0,02}^{2} \bullet \pi} = 206,90MPa$$

$$A_{\text{ch}} = \frac{21,6 - 30}{21,6} \bullet 100\% = - 38,89\%$$

$A_{\text{cd}} = \frac{\pi\left( {0,02}^{2} - {0,0233}^{2} \right)}{\pi \bullet {0,02}^{2}} \bullet 100\% = - 35,72\%$

$$E_{c} = \frac{70 \bullet 30}{{(0,02}^{2} \bullet \pi) \bullet 3,5} = 477,46MPa$$

1. Wnioski

• Miedź:

Dla badanej próbki granica plastyczności wynosi 63,66MPa. Badanie pokazało, że miedź jest bardzo miękkim materiałem i raczej nie nadaje się do zbrojeń, szczególnie biorąc pod uwagę jej cenę. Stal, która ma cztery (lub więcej) razy wyższą granicę plastyczności będzie zdecydowanie lepsza.

Według badań wytrzymałość na ściskanie badanej próbki to 127,32MPa. Tutaj ponownie widać, że miedź nie nadaje się zbyt dobrze jako materiał konstrukcyjny w budownictwie. Granica wytrzymałości miedzi na rozciąganie wynosi 200-250MPa. Nasza granica na ściskanie jest prawie dwa razy mniejsza niż granica na rozciąganie, co pokazuje, że miedź jest materiałem miękkim.

• Mosiądz:

Próbka z mosiądzu okazała się dużo bardziej wytrzymała niż próbka z miedzi. Nasze badania pokazały, że umowna granica plastyczności dla mosiądzu wyniosła 91,514MPa, co mieści się w zakresie 90-490MPa. Jest to jednak bardzo miękka odmiana mosiądzu, ponieważ inne mieszanki tego stopu mają wytrzymałość pięć razy większą. Oznacza to, że nasza próbka była wykonana z mieszanki zawierającej mało cynku.

Podczas badania granica wytrzymałości na ściskanie wyniosła 206,90MPa. Jest to wynik odpowiadający mosiądzom miękkim. Taki materiał, pomimo wyższych granic plastyczności i wytrzymałości niż miedź, nie jest używany w budownictwie jako materiał konstrukcyjny. Stal każdej jakości wykazuje lepsze właściwości i co jest najważniejsze, jest o wiele tańsza niż materiały badane przez nas. Mosiądze odlewnicze mają wytrzymałość na rozciąganie w granicach 200-500MPa, co pokazuje, że granica na ściskanie, która została uzyskana w badaniu jest podobna do granicy na rozciąganie. Zatem mosiądz okazał się materiałem kruchym.