Испытание материалов на прочность при ударе

| Категория реферата: Рефераты по физике
| Теги реферата: реферат на тему производство, налоги и налогообложение
| Добавил(а) на сайт: Цейдлерин.

Для демонстрации испытания прочности образца при ударе собирают установку: в верхней части двух штативов закрепляют зажимы, в углублениях, на которых кладут металлическую трубку с отверстиями посередине. В них плотно вставляют металлический стержень для маятника. На нижний конец стержня насаживают диск массой 1,9 кг. На трубку надевают деревянную рамку так , чтобы она могла поворачиваться вокруг горизонтальной оси с некоторым трением .

Между штативами помещают испытуемый образец – деревянный брусок , вырезанный поперек волокон и сильно отклоняют маятник

( измерительной линейкой определяя высоту его поднятия ) и отпускают . Брусок ломается , а маятник после удара поднимается на некоторую высоту , поварачивая рамку . Заметив положение рамки можно определить высоту поднятия маятника после удара . Разность потенциальных энергий маятника до и после удара дает работу , которая затрачена на разрушение материала . Чтобы определить ударную вязкость надо эту работу разделить на площадь поперечного сечения испытуемого образца . При этом прочность на удар во многом зависит от температуры , влажности и некоторых других условий .

Анализ практических исследований .

Проведенные практические исследования , состоящие из 6 серий опытов ( причем каждая серия включала в себя по два опыта с одинаковыми начальными параметрами ( условиями ) : высота поднятия маятника до опыта , h ; температура испытуемого образца , площадь поперечного сечения ) , позволяют выявить ряд закономерностей , которые могут найти обширное применение в технике .

Зависимость между значением ударной и температурой можно вывести из следующих соображений :
?1 = ( а10 - а0 ) / а10 = 3,1 %
?2 = ( а0 - а-10 ) / а0 = 6,3 % ( 1 )
?3 = ( а-10 - а-20 ) / а-10 = 12,5 %
Ударная вязкость вычисляется по формуле : аn = А / S = mg( h1 – h2 ) / S = mg?h / S ( 2
)

Из таблицы, которая приведена ниже видно , ударная вязкость зависит от температуры образца . Выведем зависимость между значением ударной вязкости и температурой :
1) Примем за точку отсчета t° = 10°C ( в принципе можно взять и другую температуру ) .
2) Из вышеприведенных вычислений , следует что разность между значениями ударной вязкости при двух разных температурах ( 10° и
0° ) составляет примерно 3 % .
3)Тогда выражение ( 2 ) можно представить в следующем виде : аn ( t ) =( mg?h / S ) · ( 1 ± bn )

( 3 ) , где mg?h / S = а10 = const , обозначим ее буквой г . bn – член геометрической прогрессии , выражающий сущность зависимости изменения значений аn ( t ) от температур ; bn = k ·2n-1 , где k – 0,03 ( см. пункт 2 ) при г = а10 ; n – показатель степени , равный отношению | ?t | / 10 , где ?t = t –
10 , т.е. b|?t|/10 = 0,03 · 2(?t/10-1) знак “плюс” или “минус” ставятся в случаях соответственного повышения ( понижения ) температуры по сравнению с начальной ( 10єC
) . исходя из этого выражения ( 3 ) примет вид : аn(?tє) = г - г·0,03·2(?t/10-1)= г - г·0,03/2·2|?t|/10=

=г - 0,015· г · 2|?t|/10 ( 4

) аn (?tє) = г – 0,015 г ·2|?t|/10 ( 4а ), при понижении температуры аn (?tє) = г + 0,015 г ·2|?t|/10 ( 4б ), при повышении температуры

Определение погрешности вычислений. аn = mg?h / S = mg ( h1 - h2 ) / S
?h1ґ = 0,01 (
?h2ґ = 0,025 ( 6
?h3ґ = 0,01 ( ?hcр =? ?hi / 6 = 0,01
?h4ґ = 0,01 | n=1
?h5ґ = 0,005 |

?h6ґ = 0,005 (

аn = mg ( h1 – h2 ) ± mg ?hґср / S аn = а ± 291 Дж/мІ

Погрешность вычислений при 50є( ?t (-50є не превышает 5 % , следовательно вычисления можно считать достоверными .

Следует отметить , что функция аn ( ?tє ) является показательной , причем lim г ( 1 – 0,015·2 |?t|/10 ) = 0

?t>-50?
Отсюда следует , что при понижении температуры в 5 раз по сравнению с первоначальной древесины имеет крайне низкую ударной вязкость . При ?t( -50є зависимость аn( ?tє ) будет иметь несколько другой вид , чем в выражении ( 4 ) . Из – за широкого диапазона температур и громоздких и трудных вычислений мы не исследуем эту зависимость .
Свойства древесины . Механические свойства древесины не одинаковы в разных направлениях волокон и зависят от различных факторов ( влажности , температуры , объемного веса и др. ) . При испытании механических свойств древесины учитывают ее влажность и результаты испытаний пересчитываются на 15 % -ную влажность по формуле

( справедлива в пределах от 8 до 20 % влажности )

D15 = D? [1 + a ( W – 15 ) ] , где D15 - величина показателя механических свойств древесины при влажности 15 % ; D? - то же при влажности в момент испытания ;

W – влажность образца в момент испытания в % ; a – поправочный коэффициент на влажность .

При сжатии вдоль волокон : сосны , кедра , лиственницы , бука
, ясеня , ильмы и березы а = 0,05 ; ели , пихты сибирской , дуба и прочих лиственных пород а = 0,04 ; при растяжении вдоль волокон лиственных пород а = 0,015 ( для древисины хвойных пород а не учитывается ) ; при статическом изгибе ( поперечном – тангентальном ) всех пород а =0, 04 ; при скалывании а = 0,05.

С увеличением влажности от нуля до точки насыщения волокон показатели механических свойств древесины уменьшаются . При увеличении влажности на 1 % предел прочности при сжатии вдоль волокон уменьшается на 4 – 5 % в зависимости от породы . Влияние влажности на предел прочности при растяжении вдоль волокон и на модуль упругости очень мало , а на сопротивление ударному изгибу - вовсе не учитывается .

В пределах от точки насыщения волокон и выше изменение влажности не влияет на механические свойства древесины .

С возрастанием температуры прочные и упругие свойства древисины понижаются . Предел прочности при сжатии вдоль волокон при температуре +80єС составляет около 75 % , при растяжении вдоль волокон ? 80 % , скалывании вдоль волокон ( тангентальная плоскость )
?50 % и сопротивление ударному изгибу ? 90 % от величины этих свойств при нормальной температуре ( + 20єС ) .

С понижением температуры прочные характеристики древесины возрастают . При температуре - 60єС пределы прочности при скалывании
, растяжении и сжатии вдоль волокон и сопротивление ударному изгибу составляют соответственно 115 ; 120 ; 145 и 200 % от величины этих свойств при температуре +20єС .

Практическое применение результатов опыта.