Politechnika Świętokrzyska w Kielcach |
Wykonali: | WMiBM Grupa: 103 T |
|---|---|---|
| Temat: Badanie właściwości mechanicznych tworzyw sztucznych | ||
| Data wykonania: | Data oddania do poprawy: | Ocena: |
Badanie ugięcia próbki pod wpływem obciążenia:
Do tego doświadczenia wykorzystujemy aparat BPG. Rozstaw podpór ustawiamy na wartość 16 h. Trzpień sprowadza się do pozycji, w której dotyka próbki dokładnie w jej środku, ale nie wywołując wstępnych naprężeń. Pomiar cech wytrzymałościowych przy zginaniu polega na krótkotrwałym statycznym obciążeniu zginającym próbki w postaci beleczki swobodnie wspartej na dwóch podporach siłą skupioną działającą w osi symetrii próbki – do osiągnięcia wielkości strzałki ugięcia określonej w normie lub do złamania próbki.
Wymiary próbki:
Wysokość h=4 mm=0,004 m
Szerokość b=10 mm=0,01 m
g= 9,81$\frac{m}{s^{2}}$
odległość między podporami l= 64 mm = 0,064 m
Zależność ugięcia próbki od obciążenia:
| Obciążenie [kg] | Ugięcie [mm] |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 5 | 1,5 |
| 10 | 3 |
| 15 | 4,5 |
1.m= 5 kg
f0= 1 mm = 0,001 m
g= 9,81$\ \frac{m}{s^{2}}$
l= 64mm = 0,064 m
P= m ∙ g
5 kg ∙ 9,81 $\frac{m}{s^{2}}$ = 49,05 N
Naprężenie zginające przy umownej strzałce ugięcia:
$$\mathbf{\sigma}_{\mathbf{f}_{\mathbf{0}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{3}}{\mathbf{2}}\mathbf{\bullet}\frac{\mathbf{P}\mathbf{\bullet}\mathbf{l}}{\mathbf{b}\mathbf{\bullet}\mathbf{h}^{\mathbf{2}}}$$
$$\sigma_{f_{0}} = \frac{3}{2} \bullet \frac{49,05N \bullet 0,064m}{0,01m \bullet {0,004}^{2}m}$$
$$\sigma_{f_{0}} = 29430000\frac{N}{m^{2}}$$
Moduł sprężystości przy zginaniu:
$E_{g} = \frac{P \bullet l^{3}}{4b \bullet h^{3} \bullet f_{0}}$
$E_{g} = \frac{49,05N \bullet {0,064}^{3}m}{4 \bullet 0,01m \bullet {0,004}^{3}m \bullet 0,001m}$
$E_{g} = 5022720000\frac{N}{m^{2}}$
2. m= 10 kg
f0= 2,5 mm = 0,0025 m
l= 64mm = 0,064 m
P=10 kg ∙ 9,81$\frac{m}{s^{2}}\ $= 98,1 N
$$\sigma_{f_{0}} = 58860000\frac{N}{m^{2}}$$
$E_{g} = 4018176000\frac{N}{m^{2}}$
3.m= 15 kg
f0= 4 mm=0,004 m
l= 64mm = 0,064 m
P= 15 kg ∙ 9,81 $\frac{m}{s^{2}}\ $ =147,15 N
$$\sigma_{f_{0}} = 88290000\frac{N}{m^{2}}$$
$E_{g} = 3767040000\frac{N}{m^{2}}$
Średnia arytmetyczna:
$$\sigma_{f_{0}\ sr} = 19620000\frac{N}{m^{2}}$$
$$E_{\text{g\ }sr} = 4269312000\frac{N}{m^{2}}$$
Wnioski:
Wraz ze wzrostem ciężaru wzrastała siła która powodowała zginanie się próbki. Im większy był ciężar tym próbka bardziej się odginała. Przy maksymalnym dostępnym obciążeniu ok. 15 kg próbka uległa odkształceniu.
Pomiar wytrzymałości na zginanie małych próbek za pomocą aparatu Dynstat
Badanie polega na pomiarze kąta ugięcia i momentu zginającego w chwili zniszczenia tworzywa, przy zastosowaniu próbek w postaci płytek. Zasada badanie polega na tym, że do próbki pomiarowej zamocowanej w obrotowym uchwycie jest przytwierdzone ramię z obciążnikiem. W skutek obrotu próbki przenosi się przez nią ruch obrotowy na ramię. W miarę wznoszenia się ramienia zwiększa się jego moment obrotowy. Wzrost tego momentu powoduje uginanie się próbki a dalej do jej zniszczenia.
| Próba | Wartość |
|---|---|
| 1 | 11,8 kg • cm |
| 2 | 10 kg • cm |
| 3 | 9,8 kg • cm |
Wymiary próbek:
b= 10mm= 1 cm
h= 4mm= 0,4cm
Wzór na wytrzymałość na zginanie:
$$\mathbf{\sigma}\mathbf{=}\frac{\mathbf{6}\mathbf{\bullet}\mathbf{M}}{\mathbf{b \bullet}\mathbf{h}^{\mathbf{2}}}$$
$\sigma = 442,5\frac{\text{kg}}{\text{cm}^{2}}$
$\sigma = 375\frac{\text{kg}}{\text{cm}^{2}}$
$\sigma = 367,5\frac{\text{kg}}{\text{cm}^{2}}$
$$\sigma_{sr} = 395\frac{\text{kg}}{\text{cm}^{2}}$$
Wnioski:
Badana próbka była poddawana powoli zwiększającemu się obciążeniu. Odczytując wartości momentów zginających można było wyliczyć naprężenie zginające. Podczas tego badania łatwo było zauważyć trójkąt naprężeń, tworzący się po środku próbki. Po przekroczeniu maksymalnej wartości momentu zginającego próbka ulegała zniszczeniu.
Pomiar udarności za pomocą aparatu Dynstat
W celu wykonania pomiaru należy wyzerować skale pomiarowe, dobrać odpowiedni zakres pracy, a ramię wahadła ustawić w położeniu „godzina trzecia”. W szczelinę pomiarową wprowadzić próbkę, a następnie zwolnić wahadło. Po złamaniu próbki odczytuje się bezpośrednio wielkość pracy zużytej do złamania próbki.
| Próba | Wartość |
|---|---|
| 1 | 10 kg • cm |
| 2 | 11 kg • cm |
| 3 | 7 kg • cm |
Wymiary próbek:
b= 10mm= 1 cm
h= 4mm= 0,4cm
Udarność próbek bez karbu oblicza się ze wzoru:
$$\mathbf{\sigma}_{\mathbf{n}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{A}_{\mathbf{n}}}{\mathbf{b \bullet h}}$$
$\sigma_{n} = 25\frac{\text{kg}}{\text{cm}}$
$\sigma_{n} = 27,5\frac{\text{kg}}{\text{cm}}$
$\sigma_{n} = 17,5\frac{\text{kg}}{\text{cm}}$
$$\sigma_{n\ sr} \approx 7,78\frac{\text{kg}}{\text{cm}}$$
Wnioski:
Ten pomiar polegał na odczytaniu na tarczy aparatu wartości momentu zginającego, dla którego następuje zerwanie próbki. Analizując wyniki pomiarów z tego doświadczenia można zauważyć, że przy gwałtownym uderzeniu próbka szybko zostaje zniszczona, a wartości momentów są stosunkowo małe w porównaniu z wartościami momentów zmierzonych przy wytrzymałości na zginanie.