Лабораторный практикум Испытание на сжатие Опытная проверка теории косого изгиба Испытание стальных образцов на продольный изгиб

Испытание на сжатие образцов из пластичных и хрупких материалов

Целью работы является определение пределов прочности и изучение характера разрушения образцов металла, цемента и дерева при сжатии.

10.3.1. Применяемые машины и приборы

При выполнении данной работы могут быть использованы любые испытательные машины (см., например, п.10.1.1.), мощность которых позволяет довести до разрушения при сжатии образцы из выбранных заранее материалов.

Из измерительных приборов применяются штангенциркуль и микрометр. Диаграммный аппарат машины автоматически записывает весь процесс испытания образца в виде кривой в системе координат «нагрузка – абсолютная деформация».

10.3.2. Содержание работы

В процессе испытания образцы из различных конструкционных материалов медленным возрастанием нагрузки доводятся до разрушения, и фиксируется соответствующая разрушающая сила. Образцы для испытаний на сжатие применяются в виде кубика или цилиндра с высотой, соизмеримой с диаметром. Для более длинных образцов в опытах на сжатие трудно избежать искривления. Валы и оси Колёса передач установлены на специальных продолговатых деталях круглого сечения. Среди таких деталей различают оси и валы

При сжатии цилиндрического образца из пластичного материала (мягкой стали) при напряжениях, ниже предела пропорциональности, материал ведет себе так же, как при растяжении. Величины предела пропорциональности, предела текучести и модуля продольной упругости для таких материалов при сжатии и растяжении примерно одинаковы.

 После перехода за предел пропорциональности появляются заметные остаточные деформации. Благодаря трению между опорными плитами машины и основаниями образца затрудняются его поперечные деформации в этих сечениях, и он принимает бочкообразную форму. По мере увеличения площади поперечного сечения для дальнейшей деформации приходится увеличивать нагрузку, и образец может быть сплющен, не обнаруживая признаков разрушения. Напряжения, аналогичного пределу прочности при растяжении, в этом опыте получить нельзя, а поэтому приходится ограничиваться определением условного предела прочности. Это – напряжение, при котором цилиндрическая форма образца переходит в явно выраженную бочкообразную (рис. 10.3.1).

Хрупкие материалы (чугун, бетон) при сжатии, так же как и при растяжении, разрушаются при весьма малых деформациях. Образцы, например, из бетона при разрушении от сжатия распадаются обычно на куски, представляющие собой усеченные пирамиды, соединенные меньшими основаниями, что также объясняется влиянием трения между плитами машины и основаниями образцов (рис. 10.3.2). Если ослабить это трение, например, смазывая парафином торцы образца, то характер разрушения бетона будет другой: образец будет разделяться на части трещинами, параллельными линии действия сжимающей силы. Разрушающая нагрузка для такого образца будет меньше, чем для образца, испытанного обычным путем, без смазки.

При разрушении чугунного цилиндрического образца возникают трещины под углом от 40 до 50 градусов к оси образца (рис. 10.3.3).

При сжатии образцов из дерева или вырезанных из стеклопластика получаются резко различные результаты в зависимости от направления сжатия по отношению к волокнам материала. Такие материалы называют анизотропными. При сжатии, например, дерева вдоль волокон предел прочности в 5–10 раз больше, чем при сжатии поперек волокон.


Образец из дерева, испытываемый на сжатие вдоль волокон, до разрушения накапливает сравнительно небольшие деформации. После достижения нагрузкой наибольшего значения начинается разрушение образца, сопровождаемое падением нагрузки (рис. 10.3.4).

При сжатии дерева поперек волокон сначала нагрузка возрастает, достигая величины, соответствующей пределу пропорциональности, затем образец начинает быстро деформироваться почти без увеличения нагрузки. В дальнейшем за счет сильного уплотнения материала нагрузка начинает расти. Условно считают разрушающей ту нагрузку, при которой образец сжимается примерно на 1/3 своей первоначальной высоты (рис.10.3.5).

Величины усилий, показанные силоизмерителями при разрушении образцов, заносятся в журнал работ. В нем же делаются зарисовки образцов до и после разрушения.

По полученным разрушающим силам – истинным или условным – вычисляются напряжения, соответствующие пределу прочности на сжатие, для каждого материала. В журнале работ строятся диаграммы испытания на сжатие в координатах «нагрузка – абсолютная деформация».

10.3.3. Порядок выполнения работы

Ознакомиться с испытательной машиной, обмерить с помощью штангенциркуля размеры образцов и результаты занести в журнал работ.

Поместить образец между плитами машины и проверить готовность машины к испытанию.

Включить машину и вести наблюдение за поведением образца и показаниями силоизмерительного устройства.

Занести в журнал работ величину усилия, соответствующую началу разрушения образца.

После разрушения образца выключить машину и вынуть разрушенный образец.

По данным испытания вычислить временные сопротивления (пределы прочности) на сжатие для каждого материала, зарисовать вид каждого образца до и после испытания, записать объяснение характера и причины разрушения, изобразить диаграмму испытания в журнале работ.

10.4. Испытание материалов на сдвиг

Целью работы является определение предела прочности на срез для металлов (сталь, дюралюминий) и предела прочности на скалывание и срез для дерева.

10.4.1. Применяемые машины и приспособления

При выполнении этой работы могут быть использованы испытательные машины, описание которых дано в п.10.1.1. Из приборов применяются штангенциркуль и микрометр.

При испытании металлических, например, стальных образцов цилиндрической формы используется специальное приспособление (рис. 10.4.1), укрепляемое в захватах машины и позволяющее осуществить срез по двум плоскостям поперечного сечения.

Для испытания дерева на скалывание и срез используется приспособление, показанное на рис. 10.4.2, позволяющее осуществлять разрушение по одной плоскости.

10.4.2. Содержание работы

При выполнении этой работы могут быть использованы испытательные  машины, описа-

ние которых дано в п. 10.1.1. Из приборов применяются штангенциркуль и микрометр.

При испытании металлических, например, стальных образцов цилиндрической формы используется специальное приспособление, укрепляемое в захватах машины и позволяющее осуществить срез по двум плоскостям поперечного сечения (рис. 10.4.1).

Для испытания дерева на скалывание и срез используется приспособление, показанное на рис. 10.4.2, позволяющее осуществлять разрушение по одной плоскости.

10.4.2. Содержание работы

Стальной образец, вставленный в указанное приспособление, помещается между плитами испытательной машины и доводится до разрушения. Записывается диаграмма испытания и фиксируется разрушающая нагрузка.

Возможно испытание на срез и плоского образца, вырезанного из листового материала, например, дюралюминия (рис. 10.4.3). Образец укрепляется в захватах машины и доводится до разрушения. В данном случае срез происходит по одной плоскости – по площадке с площадью ab.

Сопротивляемость сдвигу у анизотропных материалов (например, древесины) зависит от направления действующего усилия. Поэтому образцы из дерева доводятся до разрушения в испытательной машине с помощью указанного выше приспособления три раза: при сдвиге параллельно волокнам (рис. 10.4.4, а); при сдвиге вдоль волокон (рис. 10.4.4, б) и при перерезывании волокон (рис. 10.4.4, в). При каждом испытании фиксируется разрушающая нагрузка.

По полученным данным вычисляются величины пределов прочности металлов на срез и древесины на срез и на скалывание параллельно волокна и вдоль волокон. В журнале работ зарисовываются эскизы образцов – до и после испытания.

10.4.3. Порядок выполнения работы

Обмерить с помощью штангенциркуля размеры, определяющие площадь среза или скалывания образца, и занести их в журнал работ.

При испытании стального цилиндрического образца установить его в приспособление, поместить приспособление между плитами машины и проверить готовность машины к испытанию.

Включить машину и постепенным нагружением довести образец до разрушения. В процессе испытания вести наблюдение за состоянием образца, записью диаграммы испытания и показаниями силоизмерительного устройства.

После разрушения образца выключить машину и вынуть три части разрушенного образца.

  При испытании дюралюминиевого плоского образца последовательность действий аналогична указанной, но не используется специальное приспособление и образец при разрушении разделяется на две части.

 При троекратном испытании деревянных образцов последовательность действий также аналогична указанной. Но в данном случае используется специальное приспособление и образцы при разрушении разделяются на две части каждый.

  По данным испытаний вычисляются пределы прочности на срез (или на скалывание – для дерева), причем для стали необходимо учесть удвоенную площадь среза поперечного сечения. В журнале работ зарисовать вид каждого образца до испытания и после разрушения.

Многообразие и сложность задач, стоящих перед строительной механикой, приводят к невозможности ее изучения в рамках одного курса и вызывают деление его на ряд связанных между собой дисциплин: сопротивление материалов, прикладная теория упругости и пластичности, строительная механика самолета, строительная механика корабля, строительная механика стержневых систем и др. Цель строительной механики стержневых систем, называемой обычно просто строительной механикой, но уже в узком смысле слова, - вооружить будущего инженера знаниями, необходимыми для проектирования сооружений промышленного и гражданского строительства.
Лабораторный практикум является частью изучения сопротивления материалов