Sprawozdanie nr 2

Laboratorium z Wytrzymałości Materiałów

Prowadzący : dr inż. Sławomir Wichniewicz

Sprawozdawca : Piotr Nietubyć

Temat 1 : Wyznaczanie współczynnika sprężystości podłużnej dla drewna.

1. Aparatura

a) maszyna wytrzymałościowa firmy Amsler wyspecjalizowana do badań drewna

b) suwmiarka

c) czujnik zegarowy o zakresie 10 mm i elementarnej działce 0,01 mm

2. Próbka - drewniana beleczka; rysunek 1

Rysunek 1 : Schemat statyczny obciążenia i wymiary (w mm) belki drewnianej

3. Przebieg doświadczenia

a) określenie rzeczywistych wymiarów przekroju b i h

b = 19,7 mm h = 19,3 mm

b) ustawienie belki na podporach, ustawienie zakresu na 1000 N i wyzerowanie wskazówki siłomierza maszyny

c) ustawienie czujnika zegarowego (lekko wciskamy trzpień)

d) poddanie belki kolejnym obciążeniom
(według tablicy 1) i przy każdym z nich wykonanie odczytu
na czujniku wraz z wpisaniem go do tablicy; każdy odczyt wykonujemy po 30 s działania kolejnego obciążenia

e) zestawienie wyników badań;

i	[ N ]	Odczyty [ mm ]	Δ = - [ N ]	Δ = - [ mm ]	[ MPa ]
1	100	0,26	0	0	0
2	200	0,49	100	0,23	10609,81
3	300	0,71	200	0,45	10845,58
4	400	0,94	300	0,68	10765,84
5	500	1,15	400	0,89	10967,44
E = 10797

f) objaśnienie wzorów

• kolejne wartości modułu Younga
  obliczamy według wzoru

gdzie:
- moment bezwładności, obliczony dla rzeczywistych wymiarów przekroju,
,
= 11802,04 cm

l - odległość między podporami, l = 24 mm

• ostateczna wartość modułu Younga jest średnią arytmetyczną liczoną według wzoru
  

• wartość modułu Younga dla badanej próbki wynosi E = 10797 MPa

Temat 2 : Wyznaczanie modułu odkształcenia postaciowego (modułu Kirchoffa) przy skręcaniu.

1. Aparatura

a) skręcarka firmy Amsler o zakresie 500 Nm i elementarnej działce momentomierza równej 2 Nm

b) kątomierze zamocowane na skręcarce, służące do pomiaru kąta skręcania

2. Próbka - metalowy pręt; rysunek 2

Rysunek 2 : Pręt do badania modułu odkształcenia postaciowego

3. Przebieg doświadczenia

a) zamocowanie pręta w uchwytach skręcarki i połączenie tarcz kątomierzy z prętem w przekrojach A i B, odległych od siebie o
= 100 cm

b) poddanie pręta skręcaniu momentem wstępnym
= 100 Nm, a następnie wykonanie odczytów na kątomierzach A i B

c) zwiększenie momentu do wartości
= 500 Nm, a następnie wykonanie odczytów na kątomierzach A i B

d) zestawienie wyników badań;

[ Nm ]	Odczyty na kątomierzach [ ° ]
		A	B
= 100	8,7	5,5
= 500	38,2	23,4
Δ = 400	Δ = 29,5	Δ = 17,9
		Δ = Δ - Δ = 11,6

f) objaśnienie wzorów

• Δ
  - przyrost kąta obrotu w przekroju A

Δ
- przyrost kąta obrotu w przekroju B

Δ
- przyrost kąta skręcania pręta na długości

• wartość modułu odkształcenia postaciowego obliczamy ze wzoru

gdzie: Δ
- różnica momentów
i

Δ
- przyrost kąta skręcania pręta na długości
; do powyższego wzoru wstawiamy kąt skręcania w radianach; Δ
= 0,20246 rad

- odległość między punktami A i B

- biegunowy moment bezwładności, obliczony dla rzeczywistych wymiarów przekroju,
,
= 7,95 cm

• wartość modułu odkształcenia postaciowego przy skręcaniu dla badanej próbki wynosi G = 24851,78 MPa

Temat 3 : Pomiar twardości stali metodą Brinella.

1. Aparatura

a) twardościomierz niemiecki typu HPO - 250

b) wgłębnik w postaci kulki z bardzo twardej stali; w doświadczeniu użyto dwie kulki o średnicach
= 2,5 mm i
= 5 mm; rysunek 3

2. Próbka - pierścień wykonany ze stali

Rysunek 3 : Pomiar twardości metodą Brinella

3. Przebieg doświadczenia

1. założenie obiektywu (70 - krotne powiększenie) i kulki; w pierwszej próbie zakładamy kulkę o średnicy
   = 2,5 mm a w drugiej - kulkę o średnicy
   = 5 mm

b) wciśnięcie przycisku z obciążeniem:
= 187,5 kG dla kulki o średnicy
= 2,5 mm,
= 750 kG dla kulki o średnicy
= 5 mm; w obu przypadkach współczynnik K = 30, gdzie:

K - stosunek obciążenia F do kwadratu średnicy badanej próbki: dla kulek o danych średnicach D obciążenie dobierane jest tak, aby K = const i kąt wciskania kulki ϕ = const (wtedy odciski będą geometrycznie podobne); dzięki temu uzyskujemy tę samą, porównywalną wartość twardości Brinella HB

c) ułożenie badanej stalowej próbki na stoliku pomiarowym, a następnie przez pokręcenie poziomym kołem podniesienie stolika i dociśnięcie próbki do czarnej stożkowej osłony

d) wciśnięcie czarnego przycisku włączającego elektromagnes (wgłębnik zajmuje dolne położenie i uwalnia się dźwignia z obciążnikami)

e) po 15 s utrzymywania obciążenia F odciążamy wgłębnik przez naciśnięcie w dół (do oporu) końca dźwigni znajdującej się z prawej strony twardościomierza; obiektyw urządzenia mikroskopowego samoczynnie wraca w dolne położenie

f) sprawdzenie ostrości obrazu odcisku na ekranie

g) pomiar średnicy obrazu odcisku za pomocą urządzenia mikroskopowego z dokładnością do 0,001 mm, w kierunku poziomym i pionowym

= 0,931 mm
= 0,909 mm

d = 0,920 mm

h) miarą twardości Brinella jest stosunek użytej siły do wywołanego nią pola powierzchni odcisku

gdzie: F - siła wyrażona w kG

D - średnica kulki w mm

d - średnica podstawy odcisku w mm

wynikowi nie przypisujemy żadnych mian

i) w przypadku naszego doświadczenia dokonano odczytu twardości w skali Brinella z tablicy na podstawie średnicy odcisku; dla d = 0,920 mm HB = 272

Temat 4 : Pomiar twardości stali metodą Vickersa.

1. Aparatura

a) twardościomierz niemiecki typu HPO - 250

b) wgłębnik w postaci diamentowego ostrosłupa foremnego o podstawie kwadratowej i kącie między przeciwległymi ściankami α = 136°; kąt α dobrano tak, że odpowiada on średniemu kątowi wciskania kulki w metodzie Brinella; rysunek 4

2. Próbka - pierścień wykonany ze stali

Rysunek 4 : Pomiar twardości metodą Viskersa

3. Przebieg doświadczenia

1. założenie obiektywu (70 - krotne powiększenie) i diamentowego ostrosłupa foremnego

b) wciśnięcie przycisku z obciążeniem: F = 100 kG

c) ułożenie badanej stalowej próbki na stoliku pomiarowym, a następnie przez pokręcenie poziomym kołem podniesienie stolika i dociśnięcie próbki do czarnej stożkowej osłony

d) wciśnięcie czarnego przycisku włączającego elektromagnes (wgłębnik zajmuje dolne położenie i uwalnia się dźwignia z obciążnikami)

e) po 15 s utrzymywania obciążenia F odciążamy wgłębnik przez naciśnięcie w dół (do oporu) końca dźwigni znajdującej się z prawej strony twardościomierza; obiektyw urządzenia mikroskopowego samoczynnie wraca w dolne położenie

f) sprawdzenie ostrości obrazu odcisku na ekranie

g) pomiar przekątnych obrazu odcisku za pomocą urządzenia mikroskopowego z dokładnością do 0,001 mm

= 0,493 mm
= 498 mm

d = 0,495 mm

h) miarą twardości Brinella jest stosunek użytej siły do wywołanego nią pola powierzchni odcisku

gdzie: F - siła wyrażona w kG

d - średnica podstawy odcisku w mm

α - kat między przeciwległymi ściankami wgłębnika

wynikowi nie przypisujemy żadnych mian

1. w przypadku naszego doświadczenia dokonano odczytu twardości w skali Brinella z tablicy na podstawie średnicy odcisku; dla d = 0,495 mm HV= 7,57

Temat 5 : Pomiar twardości stali metodą Rockwella.

1. Aparatura

a) twardościomierz niemiecki typu HPO - 250

b) wgłębnik w postaci diamentowego stożka o kącie wierzchołkowym równym α = 120° ; do badania twardości metodą Rockwella zastosowano skalę C; rysunek 5

2. Próbka - pierścień wykonany ze stali

Rysunek 5 : Pomiar twardości metodą Rockwella

3. Przebieg doświadczenia

a) obciążenie wgłębnika siłą wstępną
= 98,1 N powodując jego zagłębienie
; czujnik twardościomierza zostaje w tym momencie wyzerowany; obracamy tarczą czujnika przez co ustawiamy kreskę zerową skali C (czarnej) pod wskazówką; rysunek

b) zwiększenie obciążenia stożka do wartości
= 1373 N; stożek zagłębia się dodatkowo o wartość

c) usunięcie obciążenia
po 15 s; obciążenie
pozostaje do końca pomiarów; zmniejszenie obciążenia powoduje cofnięcie się stożka o wartość
(odkształcenie sprężyste); pozostałe zagłębienie h =
-
jest podstawą do określenia twardości

d) twardość Rockwella w skali C wyznaczamy ze wzoru

gdzie: 0,002 - zagłębienie odpowiadające jednostce twardości Rockwella

e) dokonano trzech pomiarów twardości Rockwella na jednej próbce, w wyniku których otrzymano następujące wyniki

= 48
= 47
= 49

g) w przypadku badanej próbki twardość Rockwella wynosi

Temat 6 : Próba udarności.

1. Aparatura

a) młot Charpy'ego firmy Amsler o zakresie 50 J i elementarnej działce skali urządzenia pomiarowego równej 5 J

b) suwmiarka

2. Próbka - stalowa próbka typu Mesnager; rysunek 6

Rysunek 6 : Standardowa próbka do badań udarności; wymiary w mm

3. Przebieg doświadczenia

a) pomiar pola przekroju osłabionego karbem

cm

b) podniesienie wahadła do położenia początkowego

c) ustawienie próbki na podporach

d) zwolnienie wahadła i w efekcie złamanie próbki

e) odczyt na skali, przy wskazówce biernej, wartości energii KU2 zużytej na złamanie próbki KU2 = 39,5 J

f) oględziny zniszczonej próbki

• Objaśnienie: udarność określa się umownie jako stosunek energii zużytej na złamanie próbki do pola przekroju w miejscu osłabienia karbem

[J/cm
]

do naszego badania przyjęliśmy próbkę osłabioną karbem w kształcie litery U o głębokości 2 mm, stąd zużyta energia na złamanie takiej próbki ma oznaczenie KU2, a udarność - oznaczenie KCU2

g) opracowanie wyników badań

J/cm

h) w przypadku badanej próbki udarność wynosi KCU2 = 49,375 J/cm

9

---