Statyczna próba rozciągania stali

Wyznaczanie charakterystyki naprężeniowo – odkształceniowej. Określanie: granicy sprężystości, plastyczności, wytrzymałości na rozciąganie, naprężenia urywającego

oraz parametrów odkształceniowych.

ĆWICZENIA LABORATORYJNEZ MATERIAŁOZNAWSTWA

PAWEŁ KAMIŃSKI pkamin@agh.edu.pl

Statyczna próba ściskania materiałów kruchych

Wyznaczanie wytrzymałości na ściskanie oraz modułu sprężystości podłużnej (modułu Younga)

SUWMIARKASuwmiarką nazywamy przyrząd pomiarowy z noniuszem, używany do pomiaruwymiarów zewnętrznych, wewnętrznych, a gdy suwmiarka ma wysuwkęgłębokościomierza – również do pomiaru głębokości oraz do pomiaru gwintów.

Wytrzymałość materiałów jest częścią mechaniki o praktycznym,inżynierskim charakterze.W rozwiązywaniu konkretnych zadań wykorzystuje się pewne uogólnieniai uproszczenia. Uproszczenia dotyczą opisu właściwości materiału i opisukształtu elementu konstrukcyjnego. Dzięki uproszczeniom rzeczywisty obiektzostaje przekształcony w pewien model, który umożliwia rozwiązanieproblemu za pomocą określonego schematu obliczeniowego.Model (schemat obliczeniowy) musi zachowywać istotne dla

MATERIAŁOZNAWSTWO vs WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW

Model (schemat obliczeniowy) musi zachowywać istotne dlarozwiązywanego problemu cechy i właściwości rzeczywistego obiektu.

UPROSZCZENIA:- modelu ciała -> ciało jednorodne,- właściwości materiału -> ciało izotropowe, którego właściwości we wszystkich kierunkach są identyczne (ciało anizotropowe – różne właściwości), ciało sprężyste- sposobu rozwiązywania -> uproszczenia inżynierskie.

Statyczna próba rozciąganiaW statycznej próbie rozciąganiarozciąga się odpowiednio wykonanypręt o przekroju okrągłym.W czasie próby rejestruje sięzależność przyrostu długości próbkiod wielkości siły rozciągającej

Wytrzymałość na rozciąganie

Badanie wytrzymałości na rozciąganie polega na odkształceniu próbki materiału pod wpływem siły zewnętrznej, działającej w osi próbki.Próba rozciągania jest podstawowym źródłem informacji o mechanicznych własnościach materiału i możemy w ten sposób badać wszystkie nie kruche materiały.

Wytrzymałość na rozciąganie Rm to naprężenie odpowiadające największej sile rozciągającej F uzyskanej w czasie próby rozciągania, odniesionej do pierwotnego przekroju poprzecznego tej próbki:

Wykres

Początkowo wzrost naprężenia powoduje liniowy wzrost odkształcenia. W zakresie tym obowiązuje prawo Hooke'a.

Granica proporcjonalności RH – jest to naprężenie do którego występuje proporcjonalność naprężenie do wydłużenia jednostkowego (prostoliniowy odcinek wykresu)

Prawo Hooke'a • Głosi ono, że odkształcenie ciała pod wpływem działającej na niego siły jest wprostproporcjonalne do tej siły. Współczynnik między siłą a odkształceniem jest często nazywanywspółczynnikiem (modułem) sprężystości.• Ta prawidłowość, sformułowana przez Roberta Hooke'a (1635-1703) w formie "ut tensiosic vis", pozostaje prawdziwa tylko dla niezbyt dużych odkształceń, nie przekraczającychtzw. granicy Hooke'a (zwanej też granicą proporcjonalności), i tylko dla niektórychmateriałów. Prawo Hooke'a zakłada też, że odkształcenia ciała, w reakcji na działanie sił,następują w sposób natychmiastowy i całkowicie znikają, gdy przyłożone siły przestajądziałać. Takie uproszczenie jest wystarczające jedynie dla ciał o pomijalnie małej lepkości.

Względne wydłużenie takiego pręta jest wprost proporcjonalne do siły przyłożonej do Względne wydłużenie takiego pręta jest wprost proporcjonalne do siły przyłożonej do pręta, do jego długości i odwrotnie proporcjonalne do pola przekroju poprzecznego pręta. Współczynnikiem proporcjonalności jest moduł Younga E

gdzie:

F - siła rozciągająca, S - pole przekroju, ∆l - wydłużenie pręta, l - długość początkowa.

Moduł Younga (E) – inaczej moduł odkształcalności liniowej albo moduł sprężystościpodłużnej (w układzie jednostek SI) – wielkość określająca sprężystość materiału.• Wyraża ona, charakterystyczną dla danego materiału, zależność względnegoodkształcenia liniowego ε materiału od naprężenia σ, jakie w nim występuje w zakresieodkształceń sprężystych.

Jednostką modułu Younga jest paskal, czyli N/m2.Moduł Younga jest hipotetycznymnaprężeniem, które wystąpiłoby przy

Przybliżone wartości modułu Younga

dla różnych materiałów

MateriałModuł Younga (E)

GPa

Guma 0,01–0,10

Polietylen (LDPE) 0,2

Polipropylen (PP) 1,5–2,0

Żelazo kute i stal 190–210naprężeniem, które wystąpiłoby przydwukrotnym wydłużeniu próbki materiału,przy założeniu, że jej przekrój nie ulegniezmianie (założenie to spełnione jest dlahipotetycznego materiału o współczynnikuPoissona υ = 0).

Współczynnik Poissona (ν)• Jest stosunkiem odkształcenia poprzecznego do odkształcenia podłużnego przyosiowym stanie naprężenia. Współczynnik Poissona jest wielkością bezwymiarową i nieokreśla sprężystości materiału, a jedynie sposób w jaki się on odkształca.

Żelazo kute i stal 190–210

Poli(tereftalan etylenu) (PET)

2,0–2,5

Polistyren (PS) 3,0–3,5

Nylon 2–4

Drewno dębowe 11

Beton >27

Magnez (Mg) 45

Stop glinu (Al) 69

Wykres

Po osiągnięciu naprężenia Rsp, zwanego granicą sprężystości materiał przechodzi w stanplastyczności, a odkształcenie staje się nieodwracalne. Przekroczenie granicy sprężystości,zauważalne w okresie chwilowego braku przyrostu naprężenia, powoduje przejście materiałuw stan plastyczny. Dalsze zwiększanie naprężenia powoduje nieliniowy wzrost odkształcenia,aż do momentu wystąpienia zauważalnego, lokalnego przewężenia zwanego szyjką.

ReL – dolna granica plastyczności ReH – górna granica plastyczności

Wykres

Naprężenie, w którym pojawia się szyjka, zwane jest wytrzymałością narozciąganie Rm. Dalsze rozciąganie próbki powoduje jej zerwanie przynaprężeniu rozrywającym Ru.

Wydłużenie, zdefiniowane zależnością:

gdzie:

L0 – długość początkowa próbki,

Lu – długość próbki po zerwaniu;

%100

0

0⋅

−=

L

LLA u

Wydłużenie i przewężenie

Przewężenie, zdefiniowane zależnością:

gdzie:

A0 – początkowy przekrój próbki,Au – przekrój próbki po zerwaniu.

%1000

⋅−

=

u

u

A

AAA

Statyczna próba ściskania, obok statycznej próby rozciągania jest jednąz podstawowych prób stosowanych dla określenia właściwości mechanicznychmateriałów.

Próba ściskania jest niejako „odwróceniem” próby rozciągania - wykresściskania niektórych metali jest symetryczny do wykresu rozciągania wzakresie ujemnych naprężeń i odkształceń – jego prostoliniowa część jestniemal równa, co do wielkości tej części przy rozciąganiu.

Typowe charakterystyki naprężenie - odkształcenie uzyskane różnychtypów materiałów.

Badanie wytrzymałości betonu na ściskanie • Jest to metoda badania betonu, należąca do niszczących. Wytrzymałość betonu naściskanie określa się na próbkach sześciennych (fck,cube) lub walcowych (fck,cyl).

• Częstotliwość pobierania próbek nie powinna być mniejsza niż 1 próbka na 100 zarobów,1 próbka na 50 m3 betonu, 1 próbka na zmianę roboczą i minimum 3 próbkiz danej partii betonu (PN-EN 12350-1:2001).

• Warunki przygotowania próbek do badania i ich pielęgnację określa PN-EN 12390-2:2001,„Badania betonu. Część 2: Wykonywanie i pielęgnacja próbek do badańwytrzymałościowych”.

• Wg PN-EN 206-1:2003, „Beton – Część 1: Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność”klasę betonu określa się na podstawie wytrzymałości charakterystycznej betonu naklasę betonu określa się na podstawie wytrzymałości charakterystycznej betonu naściskanie zdefiniowanej jako wartość, poniżej której może znaleźć się nie więcej niż 5%wyników wszystkich pomiarów wytrzymałości.

PRÓBKA

PRÓBKA

WIELKOŚĆ PRÓBKI

Badanie wytrzymałości betonu na rozciąganie (PN-G-04302:1997 Skały zwięzłe - Oznaczanie wytrzymałości na rozciąganie metodą poprzecznego ściskania)

Wytrzymałość betonu na rozciąganie zależy w dużej mierze od przyczepności ziaren kruszywa dostwardniałego zaczynu cementowego. Ze względu na duże zróżnicowanie ziaren kruszywa, wyniki tego typubadań wykazują duży rozrzut i są zależne od kształtu i wielkości próbek. Z tego względu dla celów praktykibudowlanej, wytrzymałość na rozciąganie uzależnia się od wytrzymałości na ściskanie.

Badanie wytrzymałości betonu na rozciąganie przy rozłupywaniu nazywane jest często metodą brazylijską.

Wytrzymałość próbek Wytrzymałość próbek

na rozciąganie przy

rozłupywaniu oblicza

się ze wzorów:

•dla próbek kostkowych

fclspl =2F/πd2

•dla próbek walcowych

fclspl =2F/πdl

ŚCISKANIE JEDNOOSIOWE / ŚCISKANIE TRÓJOSIOWE

STANOWISKO POMIAROWE