Medžiagų mechanikos laboratoriniai darbai atskleidžia, kaip temperai, gniuždymas, lenkimas ir sukimas lemia medžiagų stiprumą bei plastiškumą. Ši metodinė priemonė pateikia teorinę ir eksperimentinę dalis susijusias su tempimo bandymais, jų traktavimu į inžinerinius duomenis ir orientavimąsi į atitinkamus standartus. Laboratorinių darbų tikslas - išsamiai nustatyti plieno bei kitų medžiagų stiprumo charakteristikas ir įvertinti deformacijų elgseną įvairiose apkrovos sąlygose.
1. Medžiagų tempimo bandymas
Pagrindinis tempimo bandymo tikslas - nustatyti bandomos medžiagos stiprumo ir plastiškumo charakteristikas. Tam išmatuojama bandinį veikianti tempimo jėga, tiriamosios dalies L0 pailgėjimas ir brėžiama tempimo diagrama F = f(∆L), rodanti priklausomybę tarp jėgos ir pailgėjimo. Charakteristikos apibūdinamos įtempių ir deformacijų σ = f(ε) priklausomybe. Deformacijos gaunamos dalijant jėgos ir poslinkio diagramos abscisses iš pradinio bandinio ilgio L0.
Taigi įtempių diagrama skirstoma į inžinerinę ir tikrąją. Inžinerinė tempimo diagrama laikosi, kai įtempiai skaičiuojami pagal pradinį skerspjūvio plotą A0, o tikroji diagrama - kai atsižvelgiama į besikeičiantį skerspjūvio plotą per deformacijas. Proporcingumo riba (σpr) - didžiausias įtempis, iki kurio galioja įtempių ir deformacijų proporcingumo dėsnis, o takumo riba (σY) - įtempis, kai prasideda medžiagos tekėjimas. Trūkimo riba (σfr) - maksimalus įtempis iki which the material fails.
Medžiagos mechaninės savybės priklauso nuo aplinkos sąlygų, bandymo sąlygų ir geometrijos. Todėl reglamentuojama standartais, laikoma, kad bandiniai turi būti tvirtinami, apkraunami nuosekliai ir be smūgių. Tikroji deformacija apskaičiuojama sumuojant dε etapus, o skaičiavimai įtraukti į sunkumų sprendimą dviem požiūriais: plastiškumo, stiprumo ir takumo charakteristikomis.
Proporcingumo riba ir tamprumo riba dažnai sutapatinamos, o praktikoje kartais nustatoma tik viena riba. Įtempiai frakcionuojamai įtakai gali būti skaičiuojami kaip σpr = Fpr/A0, o takumo riba dažnai nustatoma kaip σ0,2 arba σ0,5, priklausomai nuo medžiagos.
Tempiamųjų savybių pagrindiniai terminai
- Deformacija δ - santykinė liekamoji deformacija; ψ - santykinis liekamas ištįsimas.
- Taškas C - pradinis plastinis deformavimas; C0C1 - stiprėjimo ruožas, kai medžiaga intensyviau deformuojasi.
- Liukdamos Liuderso linijos - įstrižos linijos paviršiaus defektams nurodo kristalinių gardelių savaiminius persislinkimus.
Medžiaga gali būti trapi ar plastinė, priklausomai nuo jos atsparumo gniuždymui ir tempimui bei mazgų, nelygumų poveikio. Tamprumo moduliai E0, E90 ir Gmean naudojami skaičiuojant lenkimo ir skerspjūvio atsparumą. Tankis ρmean naudojamas apskaičiuojant keletą mechaniškų parametrų.
1.1 Teorinė dalis
Pagrindinis tempimo bandymo tikslas - nustatyti bandinamos medžiagos stiprumo ir plastiškumo charakteristikas. Virš takumo ribos plastinės deformacijos intensyvėja, o po susitikimo su kakleliu susidaro kaklelio formavimosi požymiai. Takumo riba dažnai laikoma sąlyginė - εpl = 0,002 arba 0,005, priklausomai nuo medžiagos tipo. Tikroji deformacija apskaičiuojama dL/dL0 ir įvertinama kaip εtikr = ln(L/L0).
Stiprumo riba (σU) - maksimalios jėgos, kuri gali atlaikyti bandinys, santykis su pradiniu skerspjūvio plotu. Trūkimo riba (σfr) - įtempis priešingai link išlydžio, kai įvyksta išardymas. Medžiagos tąsumo moduliui ir plastiškumui skaičiuoti naudojami įvairūs koeficientai, atsižvelgiant į eksploatacinės trukmės sąlygas, aplinkos faktorius ir galimą atsparumą vandeniui, puvimui ar ugniai.
1.2 Eksperimentinė dalis
Laboratoriniai darbai atliekami naudojant standartines laboratorijas su atitinkama įranga (tempimo mašinos, griebtuvas) ir laikantis standartų LST EN ISO 6892-1, GOST 1497-84, ISO 6892, ASTM A370, ASTM E8. Temperatūros, greičio, bandinio geometrijos ir ilgio matavimai turi būti tikslūs. Tempimo bandymai tiksliai atitinka skirtingų medžiagų matmenis ir jų stiprumų reikalavimus.
Darbo eiga numato horizontalią bandinio paruošimo, skaičiavimų ir rezultatų interpretuotę. Pailgėjimas bei skerspjūvio plotas yra esminiai įvykiai, kurie lemia įtempių ir deformacijų skaičiavimo tikslumą. Darbo eiga pritaikoma prie įvairių matmenų bandinių (d0, dU, b0, bL0, L0, LG, LC ir kt.).
1.3 Darbo eiga
Darbo eiga apima materialų sąlygų nustatymus: kokios medžiagos, kokie bandiniai, kokios temperatūros sąlygos ir kt. Rašydami atsakymus į kontrolinius klausimus, studentai turi įtvirtinti teiginius apie tai, kodėl įtempių-deformacijų diagrama laikoma priimtina sąlyginei (σpr, σe, σY, σU, σfr) ir kaip randamos leistinąsias įtempis. Eksperimentinę dalį sudaro bandinių geometrijos matavimai ir skaičiavimai pagal pavyzdžius.
| Geometriniai dydžiai | Vertė iki bandymo | Vertė po bandymo | Vienetai |
|---|---|---|---|
| d0 | - | - | mm |
| dU | - | - | mm |
| A0 | - | - | mm2 |
| L0 | - | - | mm |
Be to, studijos raginama išmatuoti bandinio minimalų skersmenį d0, bandomosios dalies ilgį L0 ir užpildyti 1.1 lentelę, kartu apskaičiuojant skerspjūvio plotą A0. Eksperimento eiga skatina giliau suprasti medienos ar kitų medžiagų tempimo bandymo ypatumus bei jų interpretavimą praktikoje.
2. Medžiagų tamprumo moduliai ir jų reikšmė
Tamprumo moduliai (E0, E90, Gmean) naudojami įvertinant medienos elgseną įvairiose kryptyse - ilgiuose ir skersiniuose pluoštuose. Tankis ρmean naudojamas skaičiavimuose. Temperatūra, drėgmė ir bandinio geometrija daro įtaką rezultatams, todėl svarbu naudoti atitinkamus standartus ir duomenis iš jų.
3. Medinių konstrukcijų ir masyvo savybės
Mediena yra natūralus kūrinys, kurio stiprumas priklauso nuo augimo sąlygų, ligų, žaliavos amžiaus, drėgmės ir įvairių masės pasiskirstymo. Pirmiausia tiriama spygliuočių ir lapuočių mediena, taip pat klijuotoji mediena. LST EN standartuose įvardijamos konkrečios medienos savybės, kurių laikomasi konstrukcijų projektavime, įskaitant lenkimo, gniuždymo ir įtempio parametrus skirtingose eksploatacijos sąlygose.
Nuo mazgų, nelygumų ir kito pobūdžio defektų priklauso tikroji medienos stiprumo reikšmės. Ankstyvoji mediena ir vėlyvoji mediena skirtingai įtakoja stiprumo tarnavimą, todėl laikomi svarbiais faktoriais projektuojant ir tikslinant lenkimo skaičiavimus. Stiprumo bei lenkimo reikalavimai turi būti derinami su atitinkamais STR ir EN standartais, o susijusios sandaros jungtys turi būti projektuojamos atsižvelgiant į jungiamųjų priemonių dydžius ir apkrovos plastiškumą.
4. Laboratorinių darbų struktūra ir taikymas
Autoriai suformavo struktūrą, kurioje teorinė dalis apima pagrindines sąvokas, o eksperimentinė - konkrečius bandymų atlikimo metodus. Darbo aprašymas leidžia studentams susipažinti su standartuose įvardytomis procedūromis ir gebėti patikimai atlikti bandymus bei interpretaciją. Sukurtas turinys orientuotas į mechaniškųjų, statybinių ir technikųjų disciplinų studentus, siekiančius įgyti praktinį įgūdį nustatyti metalinių arba medienos kūrinių mechanines savybes ir jų deformacijų elgseną.
Jei įmanoma, galima įtraukti lentelę su pagrindiniais stiprumo ir plastiškumo charakteristikų duomenimis, bei pritaikyti jų pateikimo formas moderniai laboratorinei leidyboje, kaip įprasta techninės literatūros struktūroje.
tags: #medienos #leistinieji #itempiai