Laboratorium wytrzymałości materiałów

Transkrypt

1 Plitechnika Lubelska MECHANIKA Labratrium wytrzymałści materiałów Ćwiczenie 8 - Próba udarnści Przygtwał: Andrzej Teter (d użytku wewnętrzneg)

2 Próba udarnści W prcesie eksplatacji wiele elementów knstrukcyjnych ulega zniszczeniu na skutek nagłeg bciążenia, które pjawia się w układzie na skutek np. awarii maszyny. Amplituda uderzenia wcale nie musi przekrczyć wartści dpuszczalneg bciążenia, a mim t element jest zniszczny. Zachwanie elementów bciążnych siła impulswą pdbnie jak w przypadku bciążeń kreswych jest więc inne jak pd działaniem bciążeń quasistatycznych. W prcesie prjektwania należy uwzględnić t zjawisk. Najprstszym spsbem jest dświadczalne sprawdzenie jak zachwuje się knkretny materiał, element czy płączenie pd działaniem impulswych sił. W praktyce labratryjnej prwadzne są badania różnych próbek pddanych: rzciąganiu, ściskaniu, skręcaniu i zginaniu. Próbę udarnści stsuje się d kntrli bróbki cieplnej i stwierdzenia skłnnści materiału d starzenia, kruchści na zimn, na grąc, wad materiału itp. Najbardziej rzpwszechniną jest udarwa próba zginania. Próbę tę przeprwadza się zgdnie z nrmą PN-EN :1994 Metale - Próba udarnści spsbem Charpy'eg - Metda badania. D prób stswane są próbki bciążne udarw siłą w płwie rzpiętści. Rys. 1

3 Plitechnika Lubelska, Lublin Dla ułatwienia złamania próbki w płwie próbki jest wyknany karb ustalnej gemetrii w kształcie litery U lub V. Typwa próbka zgdna z nrmą ma wymiary mm z karbem głębkści mm. Udarnścią K próbki nazywamy stsunek pracy L u zużytej na jej złamanie d pla pwierzchni S przekrju pprzeczneg w miejscu karbu: L S u K = (1) Przy wycinaniu dcinków próbnych na próbki należy unikać miejsc, które mgłby zmienić własnści mechaniczne. Odcinki próbne wycina się na zimn. Próbki pwinny być całkwicie brabiane wiórw. Jak bróbkę kńcwą zaleca się szlifwanie. W przypadku stswania próbek brabianych cieplnie, bróbkę cieplną należy przeprwadzić przed wyknaniem karbu. Próbę udarnści przeprwadza się tak, aby uderzenie młta był śrdkwe raz ś karbu leżała w płaszczyźnie ruchu młta i karb był skierwany d pdpór. D przeprwadzenia prób używa się młtów wahadłwych Charpy eg (rys. 1.1) energii d 100 d 300Nm, przy czym prędkść w chwili uderzenia pwinna wynsić 4 7m/s, a dpuszczalne straty wywłane tarciem d 1% zgdnie z PN-EN :1996 Metale - Próba udarnści spsbem Charpy'eg - Sprawdzanie młtów wahadłwych. Młt Charpy eg składa się z budwy i bijaka w pstaci wahadła matematyczneg, całść na trwałe zamcwana na fundamencie. Na si brtu na sztywn zamcwan tarczę z przeciwskazem. Tarcza wyskalwana jest w stpniach d pmiaru kątów i w jednstkach pracy d pmiaru rzprsznej energii. Wskazówka autmatycznie zatrzyma się w najwyższym punkcie. Standardwy młt psiada pczątkwą energię (300±10) J. W stanie spczynku bijak jest pdniesiny i zablkwany na wyskść h 1 i twrzy z pinem kąt α 1 =160. P zwlnieniu bijaka w najniższym punkcie uderza w próbkę leżącą na stliku. Niszcząc ją rzprasza energię wartści L u. Pzstała energia zamienia się w energię ptencjalną i bijak wznsi się na wyskść h twrząc z pinem kąt α. Pwrtne wahnięcie jest zatrzymywane przez hamulec. Z zasady zachwania energii mżemy zapisać równanie: L u ( ) = mg h 1 h () gdzie: g przyspieszenie ziemskie, m masa bijaka. Z związków gemetrycznych wiadm, że wyskść pdniesienia wynsi: 1 = l + l cs (3) h 0 h = l cs α dla ( α ) h = l + l cs 180 dla cs α 90 cs α > 90 (4)

4 4 Plitechnika Lubelska, Lublin 008 gdzie: l długść bijaka, kąt 0 =180 - α 1. Ostatecznie praca wynsi: ( 1+ cs 0 cs α ) L = mgl dla u [ cs 0 cs( 180 α )] L = mgl dla u cs α 90 (5) cs α > 90 W najniższym punkcie liniwa prędkść bijaka wynsi: mv mgh 1 = (6) v = gh 1 (7) Przeprwadzną próbę znaczamy zgdnie z nrmą np. KU300//7,5 gdzie K znacza udarnść wyknaną dla próbki z U-karbem, energia pczątkwa młta wynsiła 300 J, głębkść karbu zaś szerkść próbki 7,5. W nrmie dpuszcza się próbkę z V-karbem znaczmy próbę KV, głębkści karbu:, 3, 5 mm dla próbki z U-karbem i mm z V-karbem, szerkść próbki: 10, 7.5, 5 mm, młt mże mieć energię pczątkwą: 300, 150, 100, 50, 10, 5 N. Jeżeli pdczas próby próbka nie zstała złamana, lecz jedynie zgięta i przeszła przez pdpry, zużyta energia nie mże być traktwana jak wynik udarnści. W takim przypadku próbę unieważniamy. Należy pamiętać, aby d prównań brać wyniki trzymane na próbkach takim samym kształcie, rdzaju karbu, a wymiary mgą być prównywalne. Nie ma metdy przeliczania wyników trzymanych jedną metdą badania na wartści, które mżna trzymać inną metdą badań. Pmiędzy udarnścią a rdzajem złmu istnieje pewna zależnść. Dlateg należy bserwwać złm p przeprwadznej próbie, aby ptwierdzić trzymane wyniki. Rzróżniamy trzy charakterystyczne rdzaje złmów: 1) Złm pślizgwy znacza, że próbka zstała zgięta, silnie zdefrmwana i pękła przy znacznym dkształceniu trwałym. Na pwierzchni bcznej widać dużą strefę plastyczneg płynięcia. ) Złm kruchy - próbka pękła nie wykazując dkształceń plastycznych. 3) Złm z rzwarstwieniem próbka ma wyraźne pęknięcia wzdłuż swjej długści. Wskazuje t na duży stpień aniztrpwści materiału. Mże być t spwdwane bróbką plastyczną, lub wskazywać na becnść zanieczyszczeń.

5 Plitechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny Katedra Mechaniki Stswanej Labratrium Wytrzymałści Materiałów Imię i nazwisk Grupa Data wyknania Prwadzący Ocena Labratrium Wytrzymałści Materiałów Próba udarnści 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest dświadczalne sprawdzenie według nrmy PN-EN :1994 dprnści metali w warunkach nrmalnych na bciążenie impulswe.. Opis stanwiska badawczeg Rys. 1

6 6 Plitechnika Lubelska, Lublin Opis stanwiska badawczeg Próbę udarnści prwadzimy z wykrzystaniem młta wahadłweg Charpy eg rys. 1. Na si brtu na sztywn zamcwan tarczę z przeciwskazem. Tarcza wyskalwana jest w stpniach d pmiaru kątów i w jednstkach pracy d pmiaru rzprsznej energii. Wskazówka autmatycznie zatrzyma się w najwyższym punkcie, wyznaczając kąt α. P unieruchmieniu bijaka w górnym płżeniu, należy wskazówkę wyzerwać. P zatrzymaniu hamulcem bijaka dczytujemy wartść kąta α lub rzprsznej energii L u. Jeżeli pdczas próby próbka nie zstała złamana, lecz jedynie zgięta i przeszła przez pdpry, zużyta energia nie mże być traktwana jak wynik udarnści. W takim przypadku próbę unieważniamy. 4. Przebieg ćwiczenia W celu wyknania ćwiczenia należy: a. Zwymiarwać próbkę i sprawdzić czy spełnia nrmę. b. Sprawdzić czy młt nie ma dużych prów. W tym celu należy bijak zwlnić z płżenia pczątkweg i wyknać jedn wahnięcie. Obliczyć prcentwe straty tarcia. c. Płżyć próbkę na pdprach tak, aby płaszczyzna symetrii karbu leżała w płaszczyźnie ruchu młta, próbka przylegała d prów, karb znajdwał się p przeciwnej strnie miejsca przyłżenia siły uderzenia. d. Pdnieść wahadł d płżenia pczątkweg i unieruchmić je. e. Zwlnić bijak specjalną zapadką. f. P wyknaniu jedneg wahnięcia zatrzymać bijak za pmcą hamulca. g. Odczytać na pdziałce młta wartść pracy zużytej na złamanie próbki. h. Wyniki pmiarów zestawić w tabeli pmiarwej. 5. Zarys próbki

7 Plitechnika Lubelska, Lublin Charakterystyka materiału próbki 7. Wymiary próbki Tabela 1 l r b h h karbie Lp. [ ] [...] [ ] [...] [ ] Dane dla młta Charpy eg Lp Wyniki bliczeń Lp Wniski i uwagi kńcwe Tabela m R h 1 K t v max [ ] [...] [ ] [...] [ ] Tabela 3 h L u S K Oznaczenie próby [ ] [...] [ ] [...] [ ] SUMA