Ogólna instrukcja przeprowadzenia ćwiczeń

w Laboratorium Wytrzymałości Materiałów w PWSZ w Gnieźnie

1. Cel ćwiczeń

• poznanie podstawowych metod badawczych, aparatury i przyrządów stosowanych w wytrzymałości materiałów,

• porównanie wyników otrzymywanych na drodze teoretycznej i doświadczalnej,

• nauka wykonywania raportów z badań.

2. Lista wykonywanych ćwiczeń

1. Próba rozciągania

2. Pomiar twardości sposobem Rockwella

3. Pomiar udarności

4. Pomiar twardości metodą Shore'a

5. Tensometria

6. Charakterystyka sprężyn

3. Sposób wykonywania ćwiczeń

1. Ćwiczenia wykonuje się w 3 podgrupach.

2. Najpierw podgrupy wykonują ćwiczenia 1-3, następnie 4 -6.

3. Na ćwiczenia należy przyjść przygotowanym z danego zagadnienia ze skryptu Badania eksperymentalne w wytrzymałości materiałów. pod redakcją Stefana Joniaka, WPP, Poznań 2006.

4. Stopień przygotowania teoretycznego oceniany jest przez prowadzącego.

5. Ćwiczenia wykonują studenci wg:

- instrukcji prowadzącego,

• schematu sprawozdania opracowanego dla każdego ćwiczenia,

• instrukcji posługiwania się aparaturą.

6. Z każdego ćwiczenia podgrupa wykonuje wspólne sprawozdanie.

7. Normy wykorzystywane na ćwiczeniach:

• PN-EN 10002-1:2004,

• PN-EN ISO 6508-1:2002,

• PN-EN ISO 868:2005,

• PN-EN ISO 179-1:2004.

PWSZ w Gnieźnie	LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW
Semestr: Imiona i nazwiska obecnych członków podgrupy	1. Próba rozciągania
Data wykonania ćwiczenia	Data oddania sprawozdania

1. Przedmiot badań

2. Norma

3. Aparatura

4. Próbka

Średnica drutu d =

Pole przekroju poprzecznego S₀ =

Początkowa długość pomiarowa L₀ =

Długość całkowita próbki L_t =

5. Parametry badań

Temperatura -

Siła wstępna -

Prędkość w zakresie sprężystym 

Prędkość w zakresie plastycznym 

6. Wyniki badań

Wyniki próby rozciągania

Oznaczenie próbki
Umowna granica plastyczności przy wydłużeniu nieproporcjonalnym Rp0,2	MPa
Wytrzymałość na rozciąganie Rm	MPa
Wydłużenie całkowite procentowe przy maksymalnej sile Agt	%
Siła zrywająca Fm	N
Wydłużenie całkowite procentowe przy rozerwaniu At	%
Miejsce pęknięcia
Typ pęknięcia

PWSZ w Gnieźnie	LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW
Semestr: Imiona i nazwiska obecnych członków podgrupy	2. Pomiar twardości sposobem Rockwella
Data wykonania ćwiczenia	Data oddania sprawozdania

1. Norma

2. Aparatura

3. Parametry badań

Temperatura -

Siła wstępna -

Siła całkowita 

Wgłębnik 

4. Próbka

1.

2.

5. Wyniki badań:

Twardość HRC

Pomiar	Nr próbki
		1	2
1
2
3
Wartość średnia
Poprawka ΔHRC
Twardość HRC

PWSZ w Gnieźnie	LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW
Semestr: Imiona i nazwiska obecnych członków podgrupy	3. Pomiar twardości metodą Shore'a
Data wykonania ćwiczenia	Data oddania sprawozdania

1. Norma

2. Aparatura

1.

2.

3. Parametry badań

Temperatura -

Czas działania obciążenia -

4. Próbka

1.

2.

5. Metoda

6. Wyniki badań

Twardość Shore'a

Pomiar	Nr próbki / typ
		1	2
		A/15	D/15
1
2
3
4
5
Wartość średnia

PWSZ w Gnieźnie	LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW
Semestr: Imiona i nazwiska obecnych członków podgrupy	4. Pomiar udarności
Data wykonania ćwiczenia	Data oddania sprawozdania

1. Przedmiot badań

2. Norma

3. Aparatura

Typ

Firma

Rok produkcji

Numer fabryczny

Nominalna energia wahadła

Ramię wahadła

Masa wahadła

Kąt wzniosu wahadła

4. Metoda

5. Próbka

6. Temperatura

7. Wyniki badań

Udarność ISO 179-1 / 1 f U

Nr próbki	Grubość h	Szerokość	Energia złamania Ec	Udarność ac	Rodzaj złomu
		mm	mm	J

PWSZ w Gnieźnie	LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW
Semestr: Imiona i nazwiska obecnych członków podgrupy	5. Tensometria
Data wykonania ćwiczenia	Data oddania sprawozdania

1. Przedmiot badań

2. Zakres i cel badań

3. Metoda

Czujniki pomiarowe

Aparatura

Program

4. Wyniki badań

Tablica 1

Zmierzone odkształcenie względne ε w μm/m

Ciśnienie p [MPa]	Punkt pomiarowy
		K1	K2	W1	W2
0	0	0	0	0
0,3
0,4
0,5
0,6

Rys. 1. Zmierzone odkształcenia względne w funkcji ciśnienia

Tablica 2

Porównanie naprężeń zmierzonych przy ciśnieniu 0,6 MPa z teoretycznymi

Naprężenie [MPa]	Zmierzone		Teoretyczne**
		Spider 8		Ze wzorów*
Kula
obwodowe σ1		- - -
południkowe σ2		- - -
zredukowane σr		- - -
Walec
obwodowe σ1
osiowe σ2
zredukowane σr

* uogólnione prawo Hooke'a

** naprężenia w cienkościennym zbiorniku kulistym i walcowym

5. Wnioski

Naprężenia w zbiorniku cienkościennym

Średnie naprężenia po grubości zbiornika cienkościennego osiowosymetrycznego obciążonego ciśnieniem wewnętrznym spełniają równanie Laplace'a

,

gdzie: σ₁ - naprężenie w kierunku obwodowym,

σ₂ - naprężenie w kierunku południkowym,

p - ciśnienie w zbiorniku,

g - grubość ścianki zbiornika,

r₂  promień krzywizny ścianki zbiornika w płaszczyźnie południkowej,

r₁ - promień krzywizny w płaszczyźnie prostopadłej do południkowej.

W przypadku zbiornika kulistego r₁ = r₂ = r, a więc z równania Laplace'a naprężenia w każdym kierunku wynoszą

.

W zbiorniku walcowym o średnicy 2R r₁ = R, r₂ = ∞. Naprężenie obwodowe (z równania Laplace'a) wynosi

.

W przypadku, gdy zbiornik walcowy może się swobodnie wydłużać naprężenie osiowe wynosi

.

W zbiorniku kulistym i walcowym w pewnej odległości od dennic naprężenia w płaszczu zbiornika są stałe po grubości a więc równe naprężeniem średnim. Taki stan naprężeń nazywamy błonowym.

Wymiary butli

Promień części walcowej R = 150 mm.

Promień części kulistej r = 190 mm.

Grubość blachy g = 2,2 mm.

Naprężenia obwodowe i południkowe przy ciśnieniu 0,6 MPa

na powierzchni zewnętrznej butli

PWSZ w Gnieźnie	LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW
Semestr: Imiona i nazwiska obecnych członków podgrupy	6. Charakterystyka sprężyn
Data wykonania ćwiczenia	Data oddania sprawozdania

1. Przedmiot badań

		Sprężyna 1	Sprężyna 2
Średnica zewnętrzna Dz	mm
Średnica wewnętrzna Dw	mm
Średni promień zwoju R	mm
Średnica drutu d	mm
Długość sprężyny L	mm
Długość sprężyny zblokowanej Lz	mm
Liczba zwojów czynnych n
Materiał

2. Zakres i cel badań

3. Metoda

4. Wyniki badań

Charakterystyka sprężyn

Lp	Sprężyna 1		Sprężyna 2
		Ugięcie f	Siła F	Ugięcie f	Siła F
		mm	N	mm	N
0	0	0	0	0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Rys.1. Charakterystyka sprężyny 1

Rys. 2. Charakterystyka sprężyny 2

5. Porównanie sztywności wyznaczonej doświadczalnie ze sztywnością teoretyczną

		Sprężyna 1	Sprężyna 2
Sztywność doświadczalna^* Cd
Sztywność teoretyczna
Błąd	%

^* współczynnik kierunkowy prostej korelacji punktów doświadczalnych zależności F = F(f),

Instrukcja przeprowadzenia pomiaru twardości HRC

na aparacie Zwick/Roell ZHR

1. Zdjąć pokrowiec z aparatu.

2. Sprawdzić płynność przesuwu śruby stolika.

3. Dobrać typ stolika do rodzaju próbki.

4. Sprawdzić czystość stolika.

5. Sprawdzić (założyć) wgłębnik stożkowy.

6. Włączyć aparat do prądu.

7. Ustawić przełącznik typu wgłębnika na płycie czołowej we właściwe położenie.

8. Ustawić dźwignię obciążenia na prawej bocznej ścianie w położenie 150.

9. Sprawdzić czystość, gładkość powierzchni badanej i spodniej próbki

10. Ustawić stolik w położenie umożliwiające swobodne położenie próbki na stoliku ( minimalna odległość próbki od wgłębnika - 4mm).

11. Ustawić badaną powierzchnie pod wgłębnikiem.

12. Podnieść stolik tak, aby odległość między wgłębnikiem a badaną powierzchnią wynosiła ok. 1 mm.

13. Wybrać miejsce wykonania odcisku (minimalna odległość środka odcisku od krawędzi - 1mm, od środka innych odcisków - 2mm).

14. Podnieść stolik do styku wgłębnika z próbką (wyczuwalny opór), kręcić dalej wolno pokrętło śruby dwoma rękami obserwując wyświetlacz (kolejno pojawia się: 1, -, - - , - - - , - - - -), w momencie wystąpienia sygnału dźwiękowego przerwać kręcenie pokrętłem - zdjąć ręce z pokrętła - siła wstępna 10 kG została osiągnięta.

15. Zwiększenie siły od obciążenia głównego, wytrzymanie tego obciążenia przez 3 s, odciążenie do obciążenia wstępnego, wyświetlenie wyniku pomiaru po 2 s aparat realizuje automatycznie - zapisać wyniki pomiaru HRC (po zmianie stolika pierwszy pomiar odrzucamy).

16. Obniżyć stolik tak, aby odległość między wgłębnikiem a badaną powierzchnią wynosiła ok. 1 mm.

17. Wykonać jeszcze 2 pomiary zgodnie z punktami 12-15.

18. Obniżyć stolik tak, aby odległość między wgłębnikiem a badaną powierzchnią wynosiła ok. 4 mm, zdjąć próbkę ze stolika.

19. Wyłączyć aparat z prądu.

20. Przykryć aparat pokrowcem.

Instrukcja przeprowadzenia pomiaru twardości Shore'a

aparatami Zwick/Roell HPE

1. Wyjąć właściwy aparat z walizeczki - typu A do pomiaru twardości gumy i miękkich tworzyw sztucznych, typu D - twardych tworzyw sztucznych,

2. Włączyć aparat przyciskiem ON obserwując wyświetlacz - pojawiająca się na krótką chwilę liczba 15 świadczy, że aparat jest nastawiony na czas 15 s od chwili obciążenia do odczytu.

3. W przypadku, gdy na wyświetlaczu pojawi się inna liczba niż 15, ustawić właściwy czas przyciskiem MODE.

4. Zmierzyć grubość próbki.

5. Położyć próbkę na płaską, poziomą twardą powierzchnię (w przypadku, gdy grubość próbki jest mniejsza niż 4 mm położyć kilka próbek jedna na drugą tak, aby łączna grubość stosu wynosiła co najmniej 4 mm.

6. Przyłożyć i przycisnąć siłą około 10 N aparat do powierzchni próbki (odległość minimalna wgłębnika od krawędzi próbki - 9 mm).

7. Przytrzymać w tym położeniu aparat przez 15 s (w tym czasie aparat mrugając wyświetla malejące liczby odzwierciedlające proces powolnego wgłębiania się wgłębnika w badany materiał).

8. Po 15 s aparat wydaje cichy dźwięk i wyświetla w sposób ciągły twardość Shore'a A/15 lub D/15, którą po zdjęciu aparatu z próbki należy zapisać.

9. Wykonać kolejne 4 pomiary wg pkt. 6-8 pamiętając, że minimalna odległość między odciskami wynosi 6 mm).

10. Wyłączyć aparat i schować go do walizeczki.

11. Policzyć wartość średnią pomiarów.

---