Politechnika Gdańska

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska

Katedra Mechaniki Budowli i Mostów

Metody Doświadczalne w Analizie Konstrukcji

Sprawozdanie

Ćwiczenie nr 1

Data 20.02.2012

Prowadzący:

Mateusz Sondej

Grupa 11 Rok ak. 11/12

Opracowali:

1. Kamila Modzelewska

2. Małgorzata Oniszko

3. Paweł Roszkowski

Oświadczamy, że niniejsze sprawozdanie opracowaliśmy samodzielnie, na podstawie zdobytej wiedzy, dostępnej literatury oraz wyników uzyskanych w laboratorium (dołączonych do sprawozdania).

......................................................................................................................

1.Opis ćwiczenia

Próba statyczna rozciągania jest jedną z podstawowych prób stosowanych do określenia jakości materiałów konstrukcyjnych wg kryterium naprężeniowego w warunkach obciążeń statycznych (na podstawie normy PN-EN 10002-1+AC1 „Metale. Próba rozciągania. Metody badani w temperaturze otoczenia”). Pozwala bowiem na obserwację zachowania się materiału w całym zakresie odkształceń (sprężystym, sprężysto – plastycznym aż do zerwania), można na jej podstawie określać nie tylko cechy wytrzymałościowe, ale także plastyczne materiału. Próba została wykonana w maszynie Zwick/Roell Z400. Maszyna wytrzymałościowa rozciągała próbkę z prędkością 5mm/s. Badanie przebiegało do zerwania próbki. W próbce został wywołany jednoosiowy stan naprężeń. Podczas całego badania na monitorze komputera rysowany był wykres zależności siły aktualnie działającej na próbkę siły F wyrażonej od wydłużenia całkowitego ∆L (F=F(∆L) ).

2. Opis próbki.

Rysunek: Próbka okrągła do próby rozciągania z główką do zamocowania w szczękach.

L₀ – część pomiarowa o długości nd₀.

Do badania użyliśmy próbek pięciokrotnych

d₀ = 6mm

L₀ = 5*6mm = 30mm

A₀= 0,2827cm²

Po zerwaniu:

Próbka 1 – stal miękka

A_u = 0,1257cm­²

d_u = 0,4cm

L_u = 3,8cm

Próbka 2- stal twarda

A_u = 0,1257cm²

d_u = 0,4cm

L_u = 3,4cm

3.Wykresy

Wykres otrzymany F = F(∆L)

Czerwony – Próbka 1 stali miękkiej

Zielony – Próbka 2 stali twardej

1. Obliczenia

Próbka 1 – stal miękka

1. Granica proporcjonalności

$$R_{H} = \frac{F_{H}}{S_{0}} = \frac{9500}{28,26} = 336,16\ MPa\backslash n$$

1. Dolna granica plastyczności

$$R_{\text{eL}} = \frac{F_{\text{eL}}}{S_{0}} = \frac{10700}{28,26} = 378,63\ MPa\backslash n$$

1. Górna granica plastyczności

$$R_{\text{eH}} = \frac{F_{\text{eH}}}{S_{0}} = \frac{11000}{28,26} = 389,24\ MPa\backslash n$$

1. Granica wytrzymałości

$$R_{m} = \frac{F_{m}}{S_{0}} = \frac{16700}{28,26} = 590,94\ MPa$$

1. Naprężenie zrywające

$$R_{u} = \frac{F_{u}}{S_{u}} = \frac{12100}{12,56} = 963,38\ MPa$$

1. Wydłużenie względne

$$A_{p} = A_{5} = \frac{L_{u} - L_{0}}{L_{0}}*100\% = \frac{38 - 30}{30}x\ 100\ \% = 26,67\ \%$$

1. Przewężenie względne

$$Z = \frac{S_{0} - S_{u}}{S_{0}}*100\% = \frac{28,26 - 12,56}{28,26}x\ 100\ \% = 55,56\ \%$$

Próbka 2 – stal twarda

1. Granica proporcjonalności

$$R_{H} = \frac{F_{H}}{S_{0}} = \frac{2000}{28,26} = 707,71\ MPa\backslash n$$

1. Granica wytrzymałości

$$R_{m} = \frac{F_{m}}{S_{0}} = \frac{26000}{28,26} = 920,02\ MPa\backslash n$$

1. Naprężenie zrywające

$$R_{u} = \frac{F_{u}}{S_{u}} = \frac{19000}{12,56} = 1512,74\ MPa\backslash n$$

1. Umowna granica plastyczności

$${R_{e} = \frac{F_{0,2}}{S_{0}} = \frac{21900}{28,26} = 774,94\ MPa\backslash n}\backslash n$$

1. Wydłużenie względne

$$A_{p} = A_{5} = \frac{L_{u} - L_{0}}{L_{0}}*100\% = \frac{34 - 30}{30}x\ 100\ \% = 13,33\ \%\backslash n$$

1. Przewężenie względne

$$Z = \frac{S_{0} - S_{u}}{S_{0}}*100\% = \frac{28,26 - 12,56}{28,26}x\ 100\ \% = 55,56\ \%$$

5.Uwagi

Różnica Lo i Lu nie jest równa zmianie długości pręta z wykresu. Wynika to z faktu, iż część odkształceń podczas rozciągania była sprężysta, a po zerwaniu próbki pozostały tylko odkształcenia plastyczne. Niedokładność wynika również z tego, że tak naprawdę rozciąganiu ulegały również główki, zaciski maszyny i wszystkie inne powiązane bezpośrednio z rozciąganiem elementy.

Początkowa nierówność i nieproporcjonalność wykresu wynika z potrzeby dopasowania się zacisków maszyny wytrzymałościowej do gwintów na główkach próbki, co zdecydowanie wywołuje inperfekcję naszych wyników.

Skokowość wykresu stali twardej od L=7 do L=10 jest konsekwencją metody, z jaką działa maszyna wytrzymałościowa. Przy dużej sile, jaką trzeba było przyłożyć, aby w dalszym ciągu rozciągać próbkę stali twardej zaciski maszyny musiały proporcjonalnie zwiększyć siłę ścisku. Spowodowało to zgniecenia na główkach widoczne na poniższym zdjęciu i uskoki na wykresie. Dodatkowo próbki po rozerwaniu mimo wykonania pracy nie były odczuwalnie ciepłe, co wynikało z szybkiego oddawania ciepła do otoczenia.

6.Wnioski

Próbkę stali miękkiej ze względu na wartość granic plastyczności można by zakwalifikować do kategorii stali o wysokiej wytrzymałości, jednakże granica wytrzymałości jest zdecydowanie niższa niż zakres charakterystyczny dla stali o wysokiej wytrzymałości. Próbka stali twardej wykazuje bardzo wysoką wytrzymałość. Wartość granicy wytrzymałości wskazuje, że jest to stal bardzo wysokiej klasy, o wysokiej zawartości węgla. Stal miękka wykazuje własności plastyczne. Wyraźnie występuje granica plastyczności. Trudno wyróżnić granicę sprężystości i proporcjonalności. Stal twarda nie wykazuje właściwości plastycznych. Granica plastyczności jednoznacznie niezauważalna na wykresie.

∖n