INSTRUKCJE DO ĆWICZEŃ W LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW

1 INSTRUKCJE DO ĆWICZEŃ W LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW 1. Próba statyczna rozciągania metali. 2 2. Próba ścisła rozciągania metali. 6 3. Próba statyczna ściskania metali. 10 4. Próba udarności metali. 12 5. Próba twardości metali. 14 6. Tensometria oporowa. 17 7. Wyznaczanie modułu sprężystości postaciowej G. 20 8. Badanie wyboczenia pręta ściskanego. 23 9. Wyznaczenie okresu drgań belki. 27 10. Wzorcowanie maszyny wytrzymałościowej 30 11. Wyznaczanie położenia środka sił poprzecznych. 34 12. Badanie odkształceń sprężyn śrubowych. 38 13. Wyznaczanie składowych płaskiego stanu naprężenia przy zastosowaniu tensometrów elektrooporowych. 42 14. Modelowe badania elastooptyczne. 45

2 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA Temat ćwiczenia PRÓBA STATYCZNA ROZCIĄGANIA METALI

3 1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie statycznej próby rozciągania metali zgodnie z norma PN-EN 10002-1:2004. 2. WYKONANIE ĆWICZENIA Trzymając próbkę do rozciągania za główkę gwintowaną aby nie usunąć linii działek zmierzyć sprawdzić zgodność wymiarów próbki ( w szczególności podkreślonych ) z wymiarami podanymi na rys 1. Policzyć ilość działek na części pomiarowej oraz określić długość odcinka pomiarowego dla próbki dziesięciokrotnej i pięciokrotnej wraz z ilością działek przypadającą na odcinek pomiarowy w każdym z tych dwóch przypadków. Długość działki wynosi 5 mm. Próbka do rozciągania przedstawiona jest na rysunku poniżej. Ø8 R 4 Odcinek pomiarowy M12 10 min Długość działki 5 mm Ilość działek N = 16 80 88 min 115 min Rys 1 próbka do rozciągania 2.3. Wkręcić próbkę w pomocnicze uchwyty maszyny a następnie zamocować w uchwytach roboczych maszyny wytrzymałościowej. 2.4. Na podstawie gatunku stali z której wykonana jest próbka i jej wymiarów wyliczyć maksymalną siłę rozciągającą. Na tej podstawie zostanie dobrany odpowiedni zakres maszyny do próby rozciągania. Zanotować zakres obciążeń ustawiony do próby rozciągania 2.5.Ustawienie zakresu, przygotowanie urządzenia piszącego, włączenie maszyny oraz jej obsługa podczas rozciągania próbki wykonywane są przez prowadzącego zajęcia lub przez laboranta.

4 2.6. Po zerwaniu próbki zanotować następujące wielkości : - maksymalną siłę podczas próby rozciągania odczytaną ze skali siłomierza - siłę odpowiadającą granicy plastyczności zmierzoną na wykresie rozciągania 2.7. Zakończyć pomiar. 3. OPRACOWANIE WYNIKÓW 3.1 Po zerwaniu próbki należy odczytać na skali siłomierza maksymalną wartość siły rozciągającej w kn. 3.2 Z wykresu rozciągania odczytać wartości sił odpowiadających górnej i dolnej granicy plastyczności (jeśli wystąpiły) lub tylko wyraźnej granicy plastyczności (jeśli wystąpiła). 3.3 Złożyć obydwie części próbki i zmierzyć średnicę d u w najwęższym miejscu szyjki. 3.4 Stwierdzić czy zerwanie próbki nastąpiło w części środkowej czy poza częścią środkową. Od tego zależy sposób pomiaru długości próbki po zerwaniu L u. 3.5 Obliczyć wytrzymałość na rozciąganie, granicę plastyczności, wydłużenie procentowe, przewężenie procentowe i określić długość próbki po zerwaniu wg następujących wzorów : - wytrzymałość na rozciąganie R m = F m / S 0 gdzie F m N jest największą siłą rozciągającą uzyskaną w czasie próby rozciągania, S 0 mm 2 polem powierzchni przekroju początkowego próbki - wyraźna granica plastyczności R e = F e / S 0 gdzie F e N jest siłą odpowiadającą granicy plastyczności zmierzoną na wykresie. - górna granica plastyczności R eh = F eh / S 0 gdzie F eh N jest wartością siły po której następuje pierwszy spadek siły rozciągającej próbkę - dolna granica plastyczności R el = F el / S 0 gdzie F el jest najmniejszą siłą po przekroczeniu górnej granicy plastyczności ( jeżeli występuje więcej niż jedno minimum pierwszego z nich nie bierze się pod uwagę) Lu L0 - wydłużenie procentowe po zerwaniu A = *100% gdzie L 0 mm L0 jest długością pomiarową próbki po zerwaniu, L 0 mm jest pierwotną długością pomiarową próbki. Ze względu na przyjętą do obliczeń długość pomiarową L 0 rozróżniamy próbki pięciokrotne L05 i dziesięciokrotne L 010. L 05 = 5d 0 i L 010 = 10d 0 gdzie d 0 mm jest początkową średnicą próbki. S0 Su - przewężenie procentowe Z = *100% gdzie S u mm 2 jest polem po- S0 wierzchni przekroju próbki po zerwaniu. Dla próbek o przekroju kołowym

5 można zastosować wzór: 2 d 1 *100% 0 u Z = d gdzie d 0 i d u oznaczają odpowiednio początkową średnicę próbki oraz średnicę w miejscu zerwania. 3.6 Sprawozdanie wykonać zgodnie z wzorem dla ćwiczenia Próba statyczna rozciągania metali

6 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA Temat ćwiczenia: PRÓBA ŚCISŁA ROZCIĄGANIA METALI

7 1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami wyznaczania wielkości wytrzymałościowych nie uwzględnianych w statycznej próbie rozciągania w szczególności umownej granicy plastyczności. 2. WYKONANIE ĆWICZENIA. 2.1. Sprawdzić czy wskazówka przy obciążeniu zerowym ustawiona jest na zerze zakresu. Do próby stosowany jest zakres od 0 do 20000 N (wewnętrzna skala siłomierza ) 2.2. Zmierzyć średnicę d próbki w trzech miejscach na odcinku pomiarowym, którego długość ustalona jest na 100 mm Każdy pomiar należy przeprowadzić w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach i obliczyć wartość średnią. Do obliczeń należy przyjąć najmniejsze pole powierzchni, obliczone z dokładnością do 1%. Szkic próbki z zaznaczonym na niej odcinkiem pomiarowym przedstawiony jest na rys 1. Część mocowana w uchwycie d odcinek pomiarowy Rys 1 2.3. Zamocować próbkę w uchwytach maszyny i obciążyć siłą wstępną tak dobraną aby naprężenie w próbce osiągnęło około 10% przypuszczalnej granicy plastyczności. Przy mocowaniu próbki należy zwrócić uwagę na osiowe położenie próbki. Oś pręta powinna pokrywać się z kreskami na szczękach maszyny. 2.4. Założyć na próbkę tensometr mechaniczny, tak by ostrza były dobrze wciśnięte w próbkę i ustawić wskazówki lewego i prawego czujnika na zero. 2.5.Próbkę obciążyć dwukrotną wartością siły wstępnej. 2.6. Po 10 s działania tej siły próbkę odciążyć do siły wstępnej. 2.7. Próbkę obciążyć siłą powodującą powstanie naprężeń równych około 70% wartości przypuszczalnej umownej granicy plastyczności. 2.8. Po 10 s odciążyć próbkę do siły wstępnej i na skalach tensometru odczytać wartość odkształcenia trwałego. Zanotować wskazania i wartość siły obciążającej w tabeli pomiarów której wzór znajduje się na stronie 4. 2.9.Próbkę obciążać stopniowo coraz większą siłą i każdorazowo po10 s działania pełnej siły odciążyć do siły wstępnej. Przyrosty siły powinny być takie, aby przyrosty naprężeń w próbce nie przekraczały 20 MPa. Zanotować

8 wartości siły obciążającej, a po odciążeniu odczytać ze skal tensometru wartości stałego wydłużenia. 2.10. Próbę przerwać gdy wydłużenie trwałe przekroczy 0,2% pierwotnej długości pomiarowej próbki. 2.11. Zakończyć pomiar zdjąć tensometr mechaniczny i wymontować próbkę ze szczęk. 3. OPRACOWANIE WYNIKÓW 3.1 Sporządzić wykres we współrzędnych siła obciążająca wydłużenie trwałe rys 2. Z wykresu tego odczytać wartość siły F 0,2 przy której odkształcenie trwałe wynosi 0,2% długości pomiarowej. Siła ta powoduje naprężenia równe umownej granicy plastyczności R 0,2 obliczanej wg wzoru R 0,2 = F 0,2 / S 0 Mpa gdzie S 0 oznacza pole przekroju poprzecznego próbki w mm 2. F /N/ F 0,2 0,2 ε trw /%/ Rys 2 Sprawozdanie z ćwiczenia sporządzić zgodnie z wzorem dla tego ćwiczenia.

9 Tabela pomiarów L.p 1 2 3 4 5 6.... Siła obciążająca F /N/ Wskazania czujnika /mm/ lewy lewy Średnia wartość wskazań /mm/

10 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA Temat ćwiczenia: PRÓBA ŚCISKANIA METALI

11 1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie próby ściskania metali zgodnie z normą PN 57/H 04320 i zbadanie własności wytrzymałościowych na ściskanie materiałów kruchych i plastycznych oraz porównanie ich zachowania się podczas ściskania. 2. WYKONANIE ĆWICZENIA 2.1 Zmierzyć średnicę każdej próbki w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach i obliczyć wartość średnią. Zmierzyć wysokość każdej próbki. Zapisać wyniki pomiarów. 2.2 Na podstawie wymiarów próbek oraz własności wytrzymałościowych materiałów z których są wykonane obliczyć granicę plastyczności i wytrzymałości na ściskanie dla odpowiednich próbek. Na tej podstawie dobrać właściwy zakres obciążeń maszyny wytrzymałościowej. 2.3 Ułożyć jedną z próbek na dolnym talerzu maszyny wytrzymałościowej. Zanotować stosowany zakres i szybkość przesuwu papieru. 2.4 Ustawienie zakresu, urządzenia rejestrującego, włączenie maszyny i jej obsługę podczas próby wykonuje prowadzący zajęcia lub laborant. 2.5 Po zakończeniu próby należy odczytać ze skali siłomierza maksymalną siłę ściskającą lub zmierzyć na wykresie ściskania siłę odpowiadającą granicy plastyczności przy ściskaniu w zależności od materiału ściskanego. 2.6 Zmierzyć wysokość próbki z materiału plastycznego po ściśnięciu. 2.7 Zakończyć pomiar. 3. OPRACOWANIE WYNIKÓW 3.1 Po zakończonej próby odczytać ze skali siłomierza maksymalną siłę przy ściskaniu lub zmierzyć na wykresie siłę odpowiadającą wyraźnej granicy przy ściskaniu. Zależy to od rodzaju badanego materiału (kruchy czy plastyczny). 3.2 Dla próbki z materiału plastycznego zmierzyć jej wysokość po ściśnięciu. 3.3 Opisać złom w przypadku próbki z materiału kruchego. 3.4 Obliczyć wytrzymałość na ściskanie, skrócenie względne i wyraźną granicę plastyczności wg wzorów podanych w normie lub skrypcie do ćwiczeń laboratoryjnych z Wytrzymałości Materiałów. 3.5 Sprawozdanie z ćwiczenia wykonać wg wzoru sprawozdania do ćwiczenia Próba ściskania metali

12 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA Temat ćwiczenia: PRÓBA UDARNOŚCI METALI

13 1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest wykonanie próby udarności stali i określenie w dżulach energii zużytej na zniszczenie próbki 2. WYKONANIE ĆWICZENIA 2.1 Zapisać rodzaje karbów wykonanych na próbkach do udarności. 2.2 Zmierzyć następujące wymiary próbek: - szerokość próbki - b -wysokość próbki poniżej karbu - h Są one określone w normie Próba udarności sposobem Charpy ego o numerze PN-EN 10045-1 tab. 1, rys 1 i rys 2. 2.3 Dokładnie zapoznać się z p. 6.2 do 6.4 powyższej normy określającymi standardowe warunki badania. Od tego zależy sposób zapisu wyników próby. 2.4 Sprawdzić warunki przeprowadzenia próby wg punktu 7 normy oraz upewnić się wg rys 2 normy jak ma być ułożona próbka na podporach młota wahadłowego. 2.5 Młot wahadłowy jest obsługiwany przez prowadzącego zajęcia lub laboranta. Obsługa młota przez studenta możliwa jest tylko za zgodą i pod nadzorem którejkolwiek z wymienionych wcześniej osób. Kolejność czynności przy obsłudze podana jest w instrukcji stanowiskowej młota wahadłowego znajdującej się obok stanowiska. 3. OPRACOWANIE WYNIKÓW 3.1 Po złamaniu próbki odczytać na zewnętrznej skali urządzenia energię zużytą na złamanie próbki. 3.2 Złożyć obydwie części próbki i określić rodzaj przełomu. W przypadku gdy próbka nie złamała się postąpić wg p 7.3 normy. 3.3 Obliczyć udarność i zapisać jej wartość zgodnie z zaleceniami w załączniku NA do normy. Wzór na obliczenie udarności K KC = gdzie K jest energią zużytą na S 0 złamanie próbki wyrażoną w J S 0 polem przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu wyrażonym w J a KC udarnością wyrażoną w J/cm 2. Sprawozdanie z ćwiczenia sporządzić wg wzoru sprawozdania z ćwiczenia Próba udarności metali.

14 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA Temat ćwiczenia: PRÓBA TWARDOŚCI METALI

15 1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest : - poznanie metod badania twardości metali - nabycie umiejętności w określaniu twardości metodami Brinella, Vickersa i Rockwella - zapoznanie się z budową twardościomierzy używanych do pomiaru twardości wymienionymi metodami 2. WYKONANIE ĆWICZENIA 2.1 Próba twardości metodą Rockwella - sprawdzić czy układ obciążający jest przygotowany do zadawania obciążenia. Koło znajdujące się z prawej strony korpusu twardościomierza powinno być obrócone do oporu tak, by jego uchwyt znajdował się naprzeciw strzałki z napisem położenie początkowe. - położyć próbkę na stoliku przedmiotowym twardościomierza tak by wgłębnik nie został wciśnięty w miejscu gdzie już wcześniej był wykonany pomiar. Kręcąc w prawo pokrętłem śruby docisnąć próbkę do wgłębnika tak by wskazówka na małej skali czujnika zegarowego znalazła się pod liczbą 4. W tym momencie zadane jest obciążenie wstępne. - ustawić dużą wskazówkę czujnika na zerze dużej skali. - zwolnić mechanizm obciążający przez naciśnięcie guzika G. Spowoduje to powolny obrót w lewo koła z napisem zadawanie obciążenia. W momencie gdy koło się zatrzyma osiągnięta zostaje pełna siła obciążająca. Po zatrzymaniu się koła odczekać 10 do 15 sekund i zdjąć obciążenie główne przez obrót koła w prawo do oporu. - odczytać na skali czujnika twardość w skali Rockwella i zanotować - wykonać co najmniej trzy pomiary 2.2 Próba twardości metodą Brinella - położyć badaną próbkę na stoliku przedmiotowym twardościomierza. - zakręcić zaworek spustowy ( kol. niebieski ) - przez obrót pokrętła śruby twardościomierza ( kol. brązowy ) podnieść stolik z próbką tak by próbka została dociśnięta do wgłębnika. - poruszając w górę i w dół dzwignią ( kol. czerwony ) pompować olej aż do osiągnięcia wymaganej siły nacisku wgłębnika na próbkę. Osiągnięcie tej siły sygnalizowane jest przez podniesienie w górę jarzma ( kol. biały ) -odczekać 10 do 15 s nie dopuszczając do opadnięcia jarzma ( w razie potrzeby delikatnie pompować olej ). - odkręcić powoli zawór spustowy i po spadku siły obciążającej do zera opuścić stolik i zdjąć próbkę. - za pomocą lupy zmierzyć średnicę odcisku w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach i obliczyć wartość średnią.

16 - w normie do pomiaru twardości metodą Brinella odszukać tabelę twardości w skali Brinella dla obciążenia takich jakie zostało zastosowane podczas próby. Odczytać wartość twardości w odpowiadającą średniej wartości średnicy wykonanego odcisku i zanotować. - wykonać co najmniej trzy pomiary 2.3 Próba twardości metodą Vickersa - włączyć oświetlenie stolika - położyć próbkę na stoliku przedmiotowym twardościomierza. - pokrętłem śruby ustawić stolik z próbką na takiej wysokości aby uzyskać maksymalną ostrość obrazu powierzchni próbki na ekranie układu optycznego. - przesunąć dźwignię (ozn. DZ) znajdującą się z prawej strony korpusu twardościomierza w dół aż do oporu. Uruchomić układ obciążający wgłębnik twardościomierza przez wciśnięcie guzika G. W tym momencie dźwignia zacznie podnosić się w górę. Po zatrzymaniu się dźwigni w górnym położeniu (co jest równoznaczne z osiągnięciem pełnej wartości obciążenia) odczekać 10 do 15 s i przesunąć dźwignię w dolne położenie. - zmierzyć przekątne odcisku. Obliczyć średnią wartość przekątnej. - odszukać w normie do próby twardości metodą Vickersa tabelę twardości dla obciążenia takiego jak zastosowane w ćwiczeniu i dla przekątnej odcisku równej obliczonej wartości średniej odczytać twardość w skali Vickersa i zanotować. - wykonać co najmniej trzy pomiary 3. OPRACOWANIE WYNIKÓW Sprawozdanie z ćwiczenia sporządzić wg wzoru sprawozdania z ćwiczenia Próba twrdości metali.

17 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA Temat ćwiczenia: TENSOMETRIA OPOROWA. WYZNACZANIE NAPRĘŻEŃ I ODKSZTAŁCEŃ W KIERUNKU RÓWNOLEGŁYM DO OSI BELKI ZGINANEJ.

18 1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest poznanie podstaw teoretycznych tensometrii oporowej oraz pomiar odkształceń i naprężeń wzdłuż osi belki zginanej. 2. WYKONANIE ĆWICZENIA 2.1 Dla belki jak na rys 1 należy wyznaczyć przyrost naprężeń odpowiadający przyrostowi siły o P = 100 /N/. P 300 A 300 P A A - A 10 50 Rys 1 Pierwszym sposobem jest obliczenie tego przyrostu ze wzoru teoretycznego Oznaczając obliczony w ten sposób przyrost jako σ t Gdzie : P = 100 /N/ h = 10 /mm/ M σ t = W z g b = 50 /mm/ a = 300 /mm/ P a = 6 2 b h Drugim sposobem jest obliczenie przyrostu tych naprężeń z wykorzystaniem danych pomiarowych. 2.2 Do rejestracji odkształceń wykorzystany jest tensometr nr 1 naklejony wzdłuż osi belki. Na płytce obok belki naklejony jest tensometr kompensacyjny. Jest to więc układ pomiarowy półmostkowy (wykorzystujący dwa tensometry) w którym ilość tensometrów czynnych (odkształcających się razem z badanym elementem) wynosi jeden. 2.3 Aparaturę pomiarową którą stanowią tensometryczny system pomiarowy Cl 300 oraz przełącznik PA831 należy włączyć przynajmniej 20 min przed pomiarem. Sprawdzić czy na szalkach znajdują się odważniki. Jeśli tak to należy je zdjąć.

19 2.4 Bezpośrednio po włączeniu wcisnąć klawisz TOR systemu CL30 i usta- wić pierwszy tor pomiarowy. Ustawienie pierwszego toru pomiarowego sygnali- zowane jest przez wyświetlenie symbolu A1 na małym wyświetlaczu systemu CL300 posiadającego w swojej dolnej części opis FUNKCJA. Na przełączniku PA831 włączyć kanał nr 1 przez wciśnięcie guzika G1. 2.5 Po upływie min 20 min wcisnąć klawisz TARA systemu CL300 w celu wyzerowania wskazań wyświetlacza pod którym znajduje się napis SYSTEM CL300. Jeżeli zero nie ukazuje się na wyświetlaczu należy ustawić zero przez obrót potencjometrem P1. Wartości odczytywane z tego wyświetlacza są danymi pomiarowymi. 2.6 Po odczekaniu kilku sekund zanotować wskazania systemu w tabeli pomiarów przedstawionej poniżej. Każdą odczytaną wartość należy mnożyć przez 10-3 w Wskazania tabeli pomiarów. Wtedy będą one równe wartościom wydłużenia względnego ε. 2.7 Obciążyć belkę kładąc na każdą z szalek ciężar 100 /N/. Po odczekaniu paru sekund zanotować wynik. Zwiększać obciążenie co 100 /N/ na szalkę aż do 300 /N/ poczym zmniejszać co 100 /N/ aż do zera. Po każdej zmianie obciążenia o 100 /N/ notować wskazania systemu CL300. Tabela pomiarów L.p 1 0 2 100 3 200 4 300 5 200 6 100 7 0 Obciążenie N Wskazania ε Przyrost wskazań ε (wartości bezwzględne) Średni przyrost wskazań ε śr 2.8 W kolumnie Przyrost wskazań wpisać obliczone w wartościach bezwzględnych przyrosty wskazań ε pomiędzy kolejnymi pomiarami. Nastę- pnie obliczyć ich wartość średnią ε śr i wpisać do ostatniej kolumny tabeli. Obliczyć przyrost naprężenia σ p odpowiadający przyrostowi siły P = 100 /N/ wg wzoru : σ p = ε śr * E i obliczyć błąd względny wg wzoru : 2.9 Wnioski σ = σ σ t σ t p

20 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA Temat ćwiczenia: WYZNACZANIE MODUŁU SPRĘŻYSTOŚCI POSTACIOWEJ G PRZEZ POMIAR KĄTA SKRĘCENIA PRĘTA.

21 1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest wyznaczenie modułu sprężystości postaciowej G materiału próbki o przekroju kołowym przez pomiar jej kąta skręcenia. 2. WYKONANIE ĆWICZENIA 2.1 Odpisać z rysunku umieszczonego nad stanowiskiem lub na ostatniej stronie instrukcji następujące dane: - średnicę wewnętrzną D w i zewnętrzną D z próbki - długość odcinka pomiarowego L p - długość promienia R będącego odległością osi skręcanej próbki od osi wrzeciona czujnika - promień R 1 koła skręcarki 2.2 Ustawić czujnik pomiarowy tak, aby jego wrzeciono posiadało możliwość wychyleń o około 2 mm. 2.3 Ustawić dużą wskazówkę czujnika na zero. Obciążać statycznie próbkę kładąc na szalkę odważniki 100 200 i 300/N/ notując w tabeli pomiarów wskazania czujnika po każdej zmianie obciążenia. Następnie odciążać próbkę aż do zera notując wskazania po każdej zmianie obciążenia.

22 Tabela pomiarów L.p. Q i /.../ 1 0 2 100 3 200 4 300 5 200 6 100 7 0 Ms i /... / Wskazania czujnika /... / Przyrost wskazań czujnika x pomiędzy kolejnymi obciążeniami /... / Σ x = 2.4 Obliczyć średni przyrost wskazań czujnika x śr wg wzoru x śr = gdzie: x - przyrost wskazań czujnika wywołany zmianą obciążenia o 100 /N/ n - ilość przyrostów między obciążeniami 2.5 Wyznaczyć średni przyrost kąta skręcenia odpowiadający przyrostowi momentu skręcającego M s korzystając z następującego wzoru: x φ śr śr = /Rad/ R 2.6 Sprawdzić czy maksymalne naprężenia skręcające jakie wystąpiły w czasie próby, nie przekroczyły nie przekroczyły naprężeń dopuszczalnych dla badanego materiału wynoszących k s = 80 /Mpa/ 2.7 Obliczyć moduł sprężystości postaciowej G korzystając z poniższego wzoru: M s L G = J φ 0 p śr / MPa / x gdzie: M s / Nm / - przyrost momentu skręcającego próbkę odpowiadający przyrostowi obciążenia o 100 /N/ L p / m / - długość odcinka pomiarowego J 0 / m 4 / - biegunowy moment bezwładności przekroju próbki / rad / - średni kąt skręcenia odcinka pomiarowego φ śr n 3. OPRACOWANIE WYNIKÓW Sprawozdanie z ćwiczenia sporządzić wg wzoru sprawozdania z ćwiczenia Wyznaczanie modułu sprężystości postaciowej G.

23 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA Temat ćwiczenia: BADANIE WYBOCZENIA PRĘTA ŚCISKANEGO

24 1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczenie krytycznej siły ściskającej dla pręta podpartego przegubowo na końcach i porównanie wyników doświad- czalnych z wynikami obliczeń. 2. WYKONANIE ĆWICZENIA 2.1Ponieważ bezpośredni pomiar siły krytycznej przez obciążenie pręta aż do wystąpienia zjawiska wyboczenia jest trudny do zrealizowania stosuje się metodę Southwella, polegającą na pomiarze strzałki ugięcia δ podczas ściskania pręta siłą mniejszą od krytycznej. Schemat pomiaru oraz wymiary pręta pokazano na rys 1. a = 41,5 mm b = 4,5 mm Rys 1 l = 778 mm Po uwzględnieniu krzywizny wstępnej pręta otrzymuje się następujący wzór na ugięcie w połowie długości pręta: δ = δ P P Rysując na podstawie pomiarów wykres w układzie współrzędnych / p δ,δ/ odczytujemy siłę krytyczną jako P kr = tgα = c/d gdzie c mierzone jest w skali δ a d w skali δ/p rys 2. 2.2 W celu wykonania badań należy zdjąć szalkę, po czym lekko nacisnąć wrzeciono czujnika i delikatnie zwolnić. Położenie początkowe czujnika ustawić kr a

25 na cyfrze 0 lub 10 na małej skali w zależności od tego w którą stronę wygina się pręt podczas obciążania. Wskazówkę dużej skali ustawić na zerze. 2.3 Zawiesić szalkę na końcu pręta. Po ustaleniu się równowagi zanotować wskazanie czujnika. Następnie obciążać szalkę aż do uzyskania siły 588,9 /N/ plus ciężar szalki wynoszący 20,1 /N/. Wartość siły obciążającej należy zwiększać za każdym razem o 50 /N/ i po każdej zmianie obciążenia notować wskazania czujnika. Ciężarki nakładać ostrożnie aby ograniczyć do minimum wpływ sił dynamicznych. Wzór tabeli pomiarów przedstawiony jest na następnej stronie. 2.4 Po uzyskaniu pełnego obciążenia zdjąć ciężarki z szalki bez notowania wskazań czujnika. Tabela pomiarów L.p 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Siła obciążająca P [N] Wskazania czujnika A i [mm] Ugięcie pręta δ [mm] δ = A i A 1 δ P [mm/n] 2.5 Na podstawie wykonanych pomiarów obliczyć wartości δ i P δ a następnie sporządzić na papierze milimetrowym wykres funkcji δ w funkcji P δ. Powinien on być linią prostą a jedynie punkty odpowiadające małym obciążeniom mogą odbiegać od tej prostej ze względu na stosunkowo duży wpływ czynników przypadkowych. 2.6 Wyznaczyć siłę krytyczną na podstawie wykresu.

26 2.7 obliczyć siłę krytyczną ze wzoru Eulera po wstawieniu wymiarów pręta oraz modułu Younga E = 2,1 * 10 5 Mpa. 3. OPRACOWANIE WYNIKÓW Sprawozdanie z ćwiczenia sporządzić wg wzoru sprawozdania z ćwiczenia Badanie wyboczenia pręta ściskanego.

27 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA Temat ćwiczenia: WYZNACZANIE OKRESU DRGAŃ WŁASNYCH METODĄ REZONANSU

28 1. CEL ĆWICZENIA Zapoznanie się z zastosowaniem tensometrii oporowej do badań elementów poddanych obciążeniom zmiennym oraz pomiar metodą rezonansu okresu drgań własnych belki na dwóch podporach z masą skupioną w środku i porównanie z wynikami obliczeń. 2. WYKONANIE ĆWICZENIA 2.1 Wyznaczenie okresu drgań metodą rezonansu prowadzone jest dla belki obciążonej w środku ciężarem 150 /G/, 50/G/ i bez obciążenia. W każdym z tych trzech przypadków należy uwzględnić ciężar własny belki. Pierwszy pomiar prowadzony jest dla belki obciążonej siłą skupioną 150 G. Schemat stanowiska pomiarowego pokazany jest na rys 1. Rys 1 2.2 W celu wykonania pomiaru należy postępować w następujący sposób. 2.2.1 Włączyć komputer 2.2.2 Włączyć zasilacz 9V (ozn Z) 2.2.3 Włączyć układ drgający (ozn DR) 2.2.4 Włączyć interfejs oscyloskopu (ozn IN) 2.2.5 Uruchomić program obsługi oscyloskopu kliknięciem na pulpicie ikony z napisem belka drgająca

29 2.2.6 Po otwarciu okna wybrać z menu głównego opcję OSCYLOSKOP a z menu View opcję Markers i Bright Grid 2.2.7 W sekcji okna Volts/DIV wyłączyć kanał drugi kliknięciem klawisza CH2 (zniknie zielone podświetlenie klawisza). W tej samej sekcji w części odpowiadającej kanałowi pierwszemu (ozn CH1) wybrać wartość 10 mv. 2.2.8 W sekcji z nagłówkiem Time/DIV ustawić wartość 20 ms. 2.2.9włączyć pomiar kliknięciem RUN. Jeżeli linia ukazująca się na ekranie oscyloskopu po włączeniu pomiaru nie pokrywa się z osią odciętych należy ustawić ją pokrętłem kanału CH1 na obudowie interfejsu oscyloskopu. 2.2.10 Włączyć układ wprawiający belkę w drgania (zielony guzik na czarnej skrzynce znajdującej się pod belką). Obrotowym regulatorem (ozn R) na skrzynce doprowadzić belkę do rezonansu. W momencie rezonansu obserwowana na bieżąco na ekranie oscyloskopu amplituda drgań osiąga maksimum. 2.2.11 Zatrzymć pomiar kliknięciem klawisza RUN i wyłączyć układ wprawiawiający belkę w drgania. Ustawić pionowe markery (linie przerywane widoczne na ekranie oscyloskopu) tak by obejmowały jeden pełny okres sinusoidy drgań. Odczytać długość tego okresu wyświetloną pod osią od- ciętych wyrażona w ms. 2.2.12 Wykręcić ciężarek 100G i dokonać kolejnego pomiaru wg punktów 2.2.9 do 2.2.11. 2.2.13 Zdjąć ciężarek 50G i powtórzyć pomiar przy nieobciążonej belce. 2.2.14 Wyłączyć stanowisko. Dane: Długość belki l = 790 mm Szerokość belki a = 23,7 mm Wysokość belki h = 5 mm Moduł Younga E = 2,1 10 5 MPa Ciężar właściwy γ = 7,85 G/cm 3 3. OPRACOWANIE WYNIKÓW Sprawozdanie z ćwiczenia sporządzić wg wzoru sprawozdania z ćwiczenia Wyznaczenie okresu drgań belki.

30 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA Temat ćwiczenia: WZORCOWANIE MASZYNY WYTRZYMAŁOŚCIOWEJ FP10

31 1. CEL ĆWICZENIA Zadaniem każdej próby wytrzymałościowej jest doświadczalne wyznaczenie pewnych wielkości charakteryzujących własności materiału lub potwierdzenie słuszności założeń lub też wniosków otrzymanych na podstawie rozważań teoretycznych. Cele te będą osiągnięte pod warunkiem, że wyniki prób nie będą obarczone błędami, a same pomiary zostaną wykonane z góry określoną dokładnością. Dla wyeliminowania jakichkolwiek ubocznych wpływów na wyniki prób, nakłada się specjalne wymagania odnośnie urządzeń i aparatury pomiarowej jak i sposobu przeprowadzenia próby. Wymagania te są określone przez odpowiednie normy i przepisy. Według PN 64/H 04313 maszyny wytrzymałościowe powinny dawać dokładne wskazania obciążeń i być czułe na każdą ich zmianę. Dla wszelkiego rodzaju wytrzymałościowych przeprowadzonych na gotowych częściach konstrukcyjnych lub próbkach wielkości, kierunek i prędkość obciążenia powinny być możliwe do regulacji. Odczyty na przyrządach rejestrujących lub wskazujących w każdym momencie próby mają odtwarzać rzeczywisty stan obciążenia i odkształcenia z określoną dokładnością. Prawidłowość pracy maszyny, a przede wszystkim wskazania siłomierza i przyrządu do pomiaru odkształceń podlegają sprawdzeniu za pomocą odpowiednich przyrządów pomiarowych. Dla uniknięcia błędów przy odczytach, zwłaszcza małych obciążeń, normy ustalają, że najmniejsze obciążenie może wynosić 10% maksymalnego obciążenia, jeżeli maszyna posiada tylko jeden zakres, zaś 4% maksymalnego obciążenia, jeżeli maszyna posiada więcej zakresów. Dopuszczalny błąd wskazań maszyn wytrzymałościowych wynosi +/- 1% pierwsza klasa dokładności. Po przeprowadzonym sprawdzeniu maszyny sporządza się tzw. Świadectwo legalizacji maszyny, wyniki sprawdzenia oraz orzeczenie, czy maszyna nadaje się do badań i w jakich zakresach. Świadectwa takie mają prawo wydawać tylko upoważnione instytucje. Sprawdzenie aparatów i maszyn wytrzymałościowych polega na porównaniu wskazań i ich siłomierzy ze wskazaniami odpowiednich przyrządów kontrolnych, przy równoczesnym działaniu tą samą siłą na dwa obiekty. Jako przyrządów kontrolnych używa się na ogół siłomierzy, których działanie oparte jest na pomiarze odkształceń. Siłomierz 1) CEL ĆWICZENIA. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie błędu wskazań maszyny wytrzymałościowej FP w zakresie obciążeń od 0 do 3000N.

32 2) PRZEBIEG ĆWICZENIA Przed przystąpieniem do cechowania maszyny wytrzymałościowej należy sprawdzić stan podziałek siłomierza, smarowanie łożysk, ustawienie maszyn, stan urządzenia rejestrującego, prawidłowość obciążenia próbki przy użyciu różnych uchwytów i dla wszystkich zakresów maszyn itp zgodnie z odpowiednimi normami. OBIEKT SPRAWDZENIA: uniwersalna maszyna wytrzymałościowa FP10 do prób rozciągania, ściskania i zginania klasa dokładności I. Wzorzec: siłomierz kontrolny o udźwigu do 3000N o nr 54 58 firmy Z.M. Świebodzice w klasie dokładności 0,5 ETAPY SPRAWDZENIA: 1. Założyć siłomierz kontrolny między talerzami maszyny wytrzymałościowej 2. Włączyć maszynę 3. Obciążać wartościami siły określonymi w tabeli pomiarowej 4. Rejestrować wskazania siłomierza maszyny wytrzymałościowej oraz odpowiadające wskazamia siłomierza kontrolnego 5. Zapisy umieścić w tabeli pomiarowej 6. Wyznaczyć błąd wskazań. Wykonać wykres błędów oraz porównać błędy pomiaru z dopuszczalnymi 3) BŁĄD WSKAZAŃ B % = F n F F n p *100% gdzie: B% - błąd względny wskazań F siła dana wg pomiaru wzorcowego n F siła odczytana z pomiaru p Dokładność pomiarów: Dokładność siłomierza maszyny wytrzymałościowej F=20[N] Dokładaność czujnika zegarowego =0.01 [mm]

33 4) WYKONANIE POMIARÓW Tabela pomiarowa DANE DANE Z POMIARÓW Obciążenie Wskazania Wskazania Wskazania Wskazania Lp siłomierza czujnika Czujnika Czujnika Czujnka Obciążenie I Odciążenie I Obciążenie II [N] w X 10-2mm X 10-2mm X 10-2mm działkach 1 0 200,0 2 300 249,0 3 600 297,5 4 900 346,9 5 1200 395,3 6 1500 444,7 7 1800 493,1 8 2100 543,0 9 2400 591,9 10 2700 641,4 11 3000 689,9 wskazania Czujnika Odciążenie II X 10-2mm Wyznaczyć: Średni błąd pomiaru Wykres obciążania I i II Wykres odciążania I i II Histerezę pomiaru Niepewność pomiaru 5) WNIOSKI: Jeżeli błąd pomiaru przekroczy wartość dopuszczalną to :wtedy maszynę nie/ można stosować do dalszych badań Po przeprowadzonych pomiarach wnioskuję, że zgodnie z wymogami cytowanej normy sprawdzana zrywarka nadaje się/ nie nadaje do dalszych badań w całym zakresie pomiarowym. Należałoby jednak przeprowadzić kilka dodatkowych pomiarów, gdyż przeprowadzone zostały tylko dwie serie pomiarowe w czasie, której mogło dojść do błędnego odczytu.

34 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA Temat ćwiczenia: WYZNACZANIE POŁOŻENIA ŚRODKA SIŁ POPRZECZNYCH

35 1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczenie położenia środka sił poprzecznych dla cienkościennej belki o przekroju ceowym oraz porównanie otrzymanego wyniku z wynikami obliczeń teoretycznych. 2. WYKONANIE ĆWICZENIA 2.1 Ustawić śrubą pociągową pręt obciążający bez zawieszonego na nim obciążnika na zerze skali naciętej na listwie. 2.2 Wyregulować wskazania czujników tak aby wskazywały tę samą wartość np. 5 mm 2.3 Obciążyć szalkę obciążnikiem i obracając śrubę za pomocą korbki przesunąć aż do skrajnego położenia w lewo (minus) lub w prawo (plus) na odległość 140 mm od zera na podziałce listwy znajdującej się pod ceownikiem. Zanotować wskazania obu czujników. Odczyt z czujnika którego wrzeciono przesunięte jest w dół w stosunku do położenia początkowego ( p 2.2 ) musi być ze znakiem minus. 2.4 Przesunąć szalkę z ciężarkiem o 20 mm w stronę zera i znów zanotować wskazania czujników. Powtórzyć wymienione czynności aż do przesunięcia ciężarka w drugie skrajne położenie. Przy odczycie wskazań czujników należy zwrócić uwagę na znak. 2.5 Korzystając z wyników zapisanych w tabeli pomiarów narysować wykresy wskazań czujników lewego i prawego w funkcji położenia siły P. Obie linie przetną się w punkcie w którym belka tylko się ugięła nie doznając skręcenia. 2.6 Obliczyć położenie środka sił poprzecznych e [w z wykresu. 2.7 Obliczyć położenie środka sił poprzecznych e [ z wzoru e [ b1 2 = δ 2hsr 1+ 6δ b / 1 1 1 b / 2 = Fs 1+ 6F gdzie: F s = δ 2 h sr oznacza pole powierzchni przekroju poprzecznego środnika F p = δ 1 b 1 oznacza pole powierzchni przekroju poprzecznego półki Znaczenie pozostałych symboli i wymiary ceownika przedstawione są na następnej stronie instrukcji na rys 1. 2.8 Porównać wyniki doświadczeń z wynikami obliczeń teoretycznych. 2.9 Określić kąt skręcenia (w radianach) belki w poszczególnych punktach pomiarowych p

36 Rys 1 Wymiary ceownika b 1 δ 2 h 1 z h 2 h sr δ 1 e [ gdzie: h 1 = 105 mm δ 1 = 2 mm h 2 = 101 mm δ 2 = 2 mm h sr = 103 mm b 1 = 50 mm e [ - współrzędna środka sił poprzecznych na osi z mm Wzór tabeli pomiarów przedstawiony jest na następnej stronie.

37 Tabela pomiarów L.p. Położenie siły obciążającej /mm/ 1 140 2 120 3 100 4 80 5 60 6 40 7 20 8 0 9-20 10-40 11-60 12-80 13-100 14-120 15-140 Wskazania czujników lewy f l /mm/ prawy f p Różnica wskazań czujników f l f p /mm/ Kąt skręcenia belki φ = f l a /rad/ f p a oznacza odległość osi wrzecion czujników wynoszącą 325 mm

38 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA Temat ćwiczenia: BADANIE ODKSZTAŁCEŃ SPRĘŻYN ŚRUBOWYCH

39 1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest : - wyznaczenie skrócenia λ układu dwóch sprężyn - wyznaczenie modułu G materiału sprężyn - sporządzenie charakterystyki każdej ze sprężyn i układu sprężyn 2. WYKONANIE ĆWICZENIA Ćwiczenie jest wykonywane na uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej FP10 w zakresie obciążeń od 0 do 400 N. Zmierzyć następujące wymiary sprężyn: - wysokość sprężyny h i H - średnicę zewnętrzną sprężyny d z i D z - średnicę drutu sprężyny d d i D d Policzyć całkowitą liczbę zwojów ( n c i N c ) oraz liczbę zwojów czynnych ( n cz i N cz ). Duże litery odnoszą się do sprężyny zewnętrznej a małe do wewnętrznej. Ustawić jedną ze sprężyn na maszynie wytrzymałościowej i wybrać właściwy zakres. Zamontować czujnik zegarowy zgodnie z rys zamieszczonym pod tabelami pomiarowymi. Po wyzerowaniu siłomierza przeprowadzić pomiary ugięć sprężyny w zależności od siły obciążającej. Po zakończeniu pomiaru ustawić drugą sprężynę i przeprowadzić taki sam pomiar a następnie dla obu sprężyn ustawionych współśrodkowo. Tabele pomiarowe przedstawione są poniżej. SPRĘŻYNA ZEWNĘTRZNA Siła F /N/ Wskazania czujnika /mm/ Przyrost wskazań /mm/ 200 220 240 260 280 300 SPRĘŻYNA WEWNĘTRZNA Siła F /N/ Wskazania czujnika /mm/ Przyrost wskazań /mm/ 80 90 100 110 120 130

40 ZESPÓŁ SPRĘŻYN Siła F /N/ Wskazania czujnika /mm/ Przyrost wskazań /mm/ 200 220 240 260 280 300 P Ruchoma belka maszyny Rys. 1 Szkic usytuowania czujnika i sprężyny na maszynie wytrzymałościowej 3. OPRACOWANIE WYNIKÓW Narysować charakterystyki dla każdej ze sprężyn i dla zespołu sprężyn. Po obli-

41 czeniu średniej wartości ugięcia dla każdej ze sprężyn obliczyć wartość modułu G dla materiałów sprężyn oraz sztywność każdej z nich wg wzorów: C = F/λ śr G = 8* F*D 3 *n cz / λ śr *d 4 gdzie: D - średnia średnica sprężyny F - przyrost siły λ śr - średnia wartość ugięcia n cz - ilość zwojów czynnych sprężyny d - średnica drutu sprężyny Obliczyć sztywność układu sprężyn jako sumę sztywności sprężyny zewnętrznej i wewnętrznej i porównać ze sztywnością obliczoną jako tangens kąta nachylenia charakterystyki układu sprężyn. Sprawozdanie z ćwiczenia sporządzić wg wzoru sprawozdania z ćwiczenia Badanie odkształceń sprężyn śrubowych.

42 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA Temat ćwiczenia: TENSOMETRIA OPOROWA. WYZNACZANIE KIERÓNKÓW GŁÓWNYCH I NAPRĘŻEŃ GŁOWNYCH W BELCE ZGINANEJ

43 1. CEL ĆWICZENIA Doświadczalne wyznaczenie kierunków głównych i naprężeń głównych w belce zginanej z wykorzystaniem rozety tensometrycznej. 2. WYKONANIE ĆWICZENIA Do wyznaczenia wyżej wymienionych wielkości oraz ich kierunków służy rozeta tensometryczna typu delta składająca się z trzech tensometrów foliowych o numerach 2; 3 i 4 naklejonych na badanej belce. Aparaturę pomiarową stano- wi cyfrowy system tensometryczny CL300 i przełącznik PA831. Na płytce znajdującej się obok belki naklejone są trzy tensometry kompensacyjne o takich samych numerach. 2.1 Aparaturę pomiarową należy włączyć przynajmniej 20 min przed pomiarem. Sprawdzić czy na szalkach belki są położone ciężarki. Jeśli są należy je zdjąć. Naciskając klawisz TOR ustawić tor pomiarowy pierwszy. Ustawienie to jest sygnalizowane przez wyświetlenie na małym wyświetlaczu systemu CL300 ( w dolnej części tego wyświetlacza znajduje się napis FUNKCJA ) symbolu A1. Włączyć kanał drugi przełącznika PA831 wciskając guzik G2. Kanał ten odpowiada tensometrowi nr 2. 2.2 Bezpośrednio przed pomiarem: - wcisnąć klawisz TARA systemu CL300 - przez obrót potencjometrem P2 (przełącznika PA831) doprowadzić do wyzerowania wskazań na dużym wyświetlaczu systemu CL300 (w górnej części tego wyświetlacza znajduje się napis SYSTEM CL300). Wcisnąć guzik G3 i potencjometrem P3 wyzerować wskazania systemu CL300 a później wcisnąć guzik P4 i ponownie wyzerować wskazania. Wartości wyświetlane przez duży wyświetlacz systemu CL300 są danymi pomiarowymi. Pamiętać należy aby

mnożyć je przez 10-3. Wtedy będą równe wydłużeniu względnemu ε rejestrowanemu przez dany tensometr. 2.3 Wcisnąć guzik G2 i po odczekaniu kilku sekund dla ustabilizowania wskazań zanotować w tabeli pomiarów wartość wyświetloną przez system CL300 przy nieobciążonej belce ( wzór tabeli pomiarów znajduje się na następnej stronie). W analogiczny sposób odczytać wskazania dla tensometrów 3 i 4. 2.4 Obciążyć każdą szalkę ciężarem 100 N i w taki sam sposób odczytać wskazania dla wszystkich trzech tensometrów. Zwiększyć obciążenie do 200 N a następnie do 300 N notując wskazania po każdej zmianie obciążenia o 100 N. Po osiągnięciu obciążenia 300 N zmniejszać obciążenie co 100 N aż do zera. Podczas odciążania również należy notować wskazania po każdej zmianie obciążenia o 100 N. 44

45 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA Temat ćwiczenia: MODELOWE BADANIA ELASTOOPTYCZNE

46 1. CEL ĆWICZENIA - zapoznanie się z budową ploaryskopu elastooptycznego - zapoznanie się z metodą badań nieniszczących na przykładzie modeli płaskowników poddanych osiowemu rozciąganiu oraz zginaniu. - zbadanie zjawiska spiętrzenia naprężeń w rozciąganym osiowo płaskowniku z wywierconym w środku otworem. 2 WYKONANIE ĆWICZENIA 2.1 Zamontować źródło światła białego lub monochromatycznego 2.2 Zamontować próbkę w postaci płaskownika z otworem i sprawdzić stan obciążeń. Stan początkowy bez obciążeń 2.3 Dokonać obserwacji powierzchni próbki 2.4 Obciążyć próbkę 2.5 Dokonać obserwacji pojawiających się linii. Jaki rodzaj linii jest obserwowany oraz opisać miejsce występowania koncentracji naprężeń 2.6 Wg punktów 2.1 do 2.5 przeprowadzić ćwiczenie dla innych próbek 3. WYKOPNANIE SPRAWOZDANIA W sprawozdaniu należy podać: - definicję izochromy i izokliny - istotę polaryzacji liniowej i kołowej - opis budowy polaryskopu - rysunki obserwowanych próbek oraz wpływ osłabienia przekroju na rozkład (zageszczenie) występujących linii - wnioski