1 darbas. MEDŽIAGŲ TEMPIMO BANDYMAS

Darbo tikslas: 1. Susipažinti su medžiagų mechaninių savybių nustatymo metodika ir įranga,

naudojama tempimo bandymuose.2. Nustatyti svarbiausias mažaanglio plieno stiprumo ir plastiškumo charakteristikas.

Darbo aprašymasStatinio tempimo bandymu nustatomos pagrindinės medžiagų mechaninės

charakteristikos, apibūdinančios tokias medžiagų savybes- kaip stiprumas ir plastiškumas. Medžiagų mechaninėms charakteristikoms nustatyti naudojami plokšti (1.1 pav., a), apvalūs (1.1 pav., b) arba kvadratinio profilio standartinių matmenų bandiniai.

Tempimo bandymas, priklausomai nuo bandinių matmenų ir medžiagos stiprumo, atliekamas įvairios galios (1 kN2000 kN) mechaninėmis arba hidraulinėmis bandymo mašinomis. Mašinose bandiniai tvirtinami ir apkraunami specialiais griebtuvais, parenkamais pagal bandinio geometriją ir formą.

Pagrindinis tempimo bandymo tikslas - nustatyti bandomos medžiagos stiprumo ir plastiškumo charakteristikas. Tam tikslui išmatuojama bandinį veikianti tempimo jėga, tiriamosios dalies L0 pailgėjimas ir brėžiama tempimo diagrama , rodanti priklausomybę tarp bandant kintančios jėgos (ordinačių ašis) ir bandinio pailgėjimo

(abscisių ašis). Matavimo sistema gali būti: Mechaninė . Matuojamos jėgos dydžio kitimas skalėje fiksuojamas svirtimis ir

švytuokliniais mechanizmais, o deformavimo diagrama , vaizduojanti tos jėgos ir griebtuvo poslinkio priklausomybę, savirašiu brėžiama popieriuje.

Elektroninė . Matavimo sistemą sudaro matuojamų dydžių keitikliai, daugiakanalis matavimo stiprintuvas ir kompiuteryje įdiegta programinė įranga, skirta matavimo rezultatams apdoroti ir analizuoti. Medžiagų mechaninės charakteristikos priklauso ne tik nuo medžiagos cheminės

sudėties, bet ir nuo aplinkos temperatūros, deformavimo greičio, bandinio geometrinės formos bei matmenų. Todėl, siekiant išvengti bandymo sąlygų įtakos gaunamiems rezultatams, medžiagų mechaniniai bandymai reglamentuojami standartų [1-5]. Reikalaujama, kad bandiniai griebtuose būtų gerai centruojami, apkraunami nuosekliai, be smūgių.

Bandinių deformavimo greitis. Tampriojo deformavimo greitis turi būti ne didesnis kaip . Bandinį deformuojant virš takumo ribos (tampriai plastinėje zonoje), deformavimo greitis gali būti padidintas iki .

Bandinių matmenys (1.1 lentelė). Plokščių ir cilindrinių bandinių bandomasis ilgis – . Jis negali būti mažesnis kaip 20 mm. Jei bandinio skerspjūvio plotas per mažas, t. y. apskaičiavus gaunama , tada bandinio ilgis apskaičiuojamas pagal lygtį arba naudojami neproporcingi bandiniai, kurių geometrinių matmenų vertės nepriklauso nuo skerspjūvio ploto.

1.1 pav. Tempimo bandinių geometrinės formos

1.1 lentelė. Tempimo bandinių standartiniai matmenysb0 arba d0 L0 LC LG L*3 b arba d R

mm

*1

2040 >1250 7580 120

*2 – 200 – – –– 100 – – –

*2 – – – –

*1>12

*1 >2

*1 – sąlyga taikoma, jei bandiniui pagaminti nepakanka ruošinio ilgio;*2 – bandiniai neapdirbami;*3 – matmuo priklauso nuo tvirtinimo griebtuvuose .

Bandymo metu gaunama jėgos ir poslinkio ( ) diagrama priklauso ne tik nuo medžiagos mechaninių savybių, bet ir nuo bandinio geometrinių parametrų. Medžiagos mechaninės charakteristikos apibūdinamos įtempių ir deformacijų priklausomybe. Išskiriama inžinerinė ir tikrųjų įtempių ir deformacijų priklausomybė.

Inžinerinė tempimo diagrama ( ). Įtempiai nustatomi dalijant jėgos ir poslinkio kreivės ordinates (jėgą ) iš pradinio skerspjūvio ploto :

, (1.1)

Deformacijos gaunamos dalijant jėgos ir poslinkio diagramos abscises (pailgėjimą) iš pradinio bandinio ilgio :

, (1.2)

Kadangi ir yra pastovūs dydžiai, tai kreivė išlieka tokia pati. Pasikeičia tik ašių matavimo vienetai. Diagrama laikoma sąlygine, kadangi gaunama nevertinant skerspjūvio susitraukimo tempiant. Dėl mažėjančio skerspjūvio ploto inžinerinės tempimo diagramos įtempiai visuomet mažesni už tikruosius įtempius. Tikrieji įtempiai ir deformacijos paprastai vertinami medžiagą apkraunant virš takumo ribos. Didėjant plastinėms deformacijoms, skersinių ir išilginių deformacijų santykis artėja prie vertės

. Dažnai tariama, kad tūrinės deformacijos lygios nuliui; tuomet . Tikrųjų įtempių ir deformacijų priklausomybė. Tikrieji įtempiai apskaičiuojami

diagramos ( ) ordinates dalijant iš tikrojo (deformavimo metu kintančio) skerspjūvio ploto :

, (1.3)

Tikrosios deformacijos gaunamos kiekviename deformavimo žingsnyje sumuojant deformacijas , apskaičiuotas dalijant pailgėjimą iš tuo metu jau padidėjusio ilgio :

, (1.4)

Tikroji tempimo diagrama virš takumo ribos (punktyrinė linija) naudojama sprendžiant didelių deformacijų uždavinius arba atliekant skaitinį modeliavimą tampriai plastinėje zonoje.

Inžineriniuose skaičiavimuose dažnai naudojama ne diagrama, o būdingi jos taškai (1.2 pav.).

1.2 pav. Plieno tempimo diagrama

Aptarsime mažaanglio plieno tempimo diagramos būdingus taškus, vadinamus medžiagos stiprumo charakteristikomis ( , , , ir ).

Proporcingumo riba ( ) – didžiausias įtempis, iki kurio galioja įtempių ir deformacijų proporcingumo (Huko) dėsnis:

, (1.5)

Deformacijos čia yra tik tampriosios ir jos išnyksta, kai pašalinama išorinė apkrova. Šiame deformavimo etape tarp įtempių ir deformacijų yra tiesinis ryšys, išreiškiamas Huko dėsniu:

, (1.6)

Tamprumo riba ( ) – didžiausias įtempis, iki kurio medžiagoje neatsiranda liekamųjų deformacijų:

, (1.7)

Deformuojant bandinį virš proporcingumo ribos, tiesinis ryšys tarp įtempių ir deformacijų išnyksta ir tempimo diagramoje tiesė virsta kreive. Šį tašką nustatyti sunku. Tam reikia bandinį apkrauti dalimis ir pašalinus apkrovą po kiekvieno papildomo apkrovimo stebėti, ar neatsirado liekamoji deformacija. Atskiruose kristaluose plastinės deformacijos atsiranda jau pradinėje apkrovimo stadijoje, todėl dažnai tamprumo riba nustatoma sąlygiškai, t. y. prilyginama įtempiui, kuriam veikiant „liekamosios“ deformacijos sudaro 0,002 %0,005 %. Pagal tai, kokia yra liekamoji deformacija, pasirinkta tamprumo riba žymima arba . Proporcingumo ir tamprumo ribos mažai tesiskiria viena nuo kitos, todėl praktikoje dažniausiai nustatoma tik viena riba,

vadinama proporcingumo ir tamprumo riba. Peržengus tamprumo ribą, bandinio plastinės deformacijos intensyvėja, todėl diagramoje gaunama labiau išlinkusi ir vis gulstesnė kreivė.

Takumo riba ( )– įtempis, kurį pasiekus, plastinės (liekamosios) deformacijos didėja beveik nekintant tempimo jėgai:

, (1.8)

Jei medžiaga neturi aiškios takumo aikštelės, nustatoma sąlyginė takumo riba, prilyginta įtempiui, kuriam veikiant liekamosios deformacijos sudaro 0,2 % ( ), kartais 0,5 %. Sąlyginė takumo riba žymima arba . Takumo riba yra viena iš pagrindinių medžiagos mechaninių (stiprumo) charakteristikų.

Tempiant plastiškus plienus, diagramoje dažnai būna matomas horizontalus vingiuotas ruožas, vadinamas takumo aikštele (1.2 pav.). Tokių medžiagų takumo riba prilyginama tame ruože esančiai mažiausiai įtempių vertei.

Tekėjimo metu sparčiai vystantis plastinėms deformacijoms, persitvarko polikristalinė plieno struktūra. Tempiant gerai nušlifuotą bandinį, jo paviršiuje galima pastebėti įstrižas linijas, pasvirusias maždaug 45 kampu, vadinamas Liuderso linijomis. Šios linijos rodo kristalinių gardelių persislinkimo kryptis, kurios sutampa su maksimalių tangentinių (šlyties) įtempių kryptimi.

Nukrovimas ir pakartotinis apkrovimas. Apkrovą didinant virš takumo ribos, kylanti diagramos kreivės dalis vadinama stiprėjimo ruožu. Čia medžiaga deformuojama tampriai plastiškai, t. y. medžiagos deformacijos susideda iš tampriosios ir plastinės dalių. Jei deformavimo metu pasiekus tašką C (1.2 pav.) apkrova pašalinama, tai bandinyje buvusi tamprioji (grįžtamoji) deformacijos dalis išnyksta, o likusios deformacijos vadinamos plastinėmis. Laikoma, kad bandinio apkrovos pašalinimas vyksta tiese, lygiagrečia pradiniam deformavimo ruožui, kuris aprašomas Huko dėsniu.

Tuomet taške C deformacijos tamprioji dalis apskaičiuojama taip: . Tai rodo, kad

visuose deformavimo ruožuose tampriosios deformacijos didėja proporcingai įtempių prieaugiui. Pakartotinio apkrovimo metu (kreivė C0C1) prasiplečia medžiagos tamprumo ir takumo ribos, todėl laikoma, kad medžiaga sustiprėja ir sukietėja. Tačiau tolesniam deformavimui, šiuo atveju virš taško C1, pakartotinis apkrovimas įtakos neturi ir medžiagos stiprumo riba išlieka nepakitusi.

Stiprumo riba ( ) – maksimalios jėgos, kurią gali atlaikyti bandinys, santykis su pradiniu skerspjūvio plotu.

, (1.9)

Laikoma, kad iki stiprumo ribos deformacijos bandomajame ilgyje pasiskirsto vienodai. Pasiekus stiprumo ribą, silpniausiame bandinio skerspjūvyje prasideda vietinės deformacijos, kurios pastebimos ne iš bendro bandinio pailgėjimo, o iš ryškaus vietinio skerspjūvio susitraukimo. Tai vadinama kaklelio formavimusi. Pasiekus stiprumo ribą, tempimo jėga, reikalinga bandiniui toliau deformuoti, pradeda mažėti, kadangi intensyviai didėja skerspjūvio susitraukimas (mažėja skerspjūvio plotas).

Trūkimo riba ( ) – maksimalus įtempis, kurį pasiekus bandinys suyra. Trūkimo įtempiai apskaičiuojami trūkimo jėgos vertę dalijant iš skerspjūvio ploto trūkimo vietoje:

, (1.10)

Tikrosios trūkimo deformacijos apskaičiuojamos įvertinus medžiagos nespūdumo prielaidą, t. y. laikoma, kad peržengus stiprumo ribą medžiagos tūrinė deformacija lygi nuliui: ;

, (1.11)

Svarbiausios charakteristikos yra takumo ir stiprumo ribos, kadangi pagal jas nustatomas medžiagos leistinasis tempimo įtempis tempiant :

, (1.12)

čia – atsargos koeficientas, plastiškoms medžiagoms , trapioms medžiagoms .

Praktikoje nėra idealiai trapių arba visiškai plastiškų medžiagų. Medžiagos, kurios suyra vos teprasidėjus plastinėms deformacijoms, vadinamos trapiomis, o kurios suyra tik pasiekusios dideles plastines deformacijas - plastinėmis. Tokio sąlyginio suskirstymo kriterijai, apibūdinantys medžiagos plastines savybes, yra:santykinis liekamasis ištįsimas (pailgėjimas)

, (1.13)

ir santykinis liekamasis skerspjūvio susitraukimas

, (1.14)

Santykiniu liekamuoju ištįsimu vadinama vidutinė liekamosios deformacijos vertė, išmatuota nutrūkusio bandinio standartinio ilgio dalyje.

Medžiagos plastiškumą apibūdina ir deformavimo energijos kiekis, tenkantis medžiagos tūrio vienetui, sunaudotas bandiniui nutraukti. Rodiklis vadinamas medžiagos tąsumo moduliu ir jis atitinka plotą esantį po tempimo kreive.

Bandinyje išilginės deformacijos pasiskirsto nevienodai, todėl prieš bandymą specialiame prietaise negiliais įbrėžimais bandinys dalijamas į 10 arba 20 lygių dalių.

Trūkusio bandinio ilgis priklauso nuo to, kurioje vietoje bandinys nutrūksta. Bandinio trūkimas viduriniame trečdalyje laikomas normaliu. Šiuo atveju ilgis gaunamas tiesiogiai sudūrus abi bandinio dalis ir išmatavus atstumą tarp galinių žymų. Bandiniui trūkus kraštiniame trečdalyje, ilgis būna mažesnis negu trūkus vidurinėje dalyje, nes bandinio ištįsimą varžo arti esanti storesnė tvirtinimo dalis. Tokiu atveju trūkusio bandinio ilgis redukuojamas. Pirmiausia bandinio ilgis matuojamas ties trūkimo vieta (1.3 pav.) į abi puses imant tiek padalų, kiek jų telpa trumpojoje trūkusio bandinio dalyje. Paskui išmatuojamas likusios dalies pusės ilgis . Visas redukuotas bandinio ilgis

.

1.3 pav. Nutraukto bandinio geometrinių dydžių matavimas

Po statinio tempimo bandymo nutrauktas mažaanglio plieno bandinys pavaizduotas 1.4 paveiksle.

1.4 pav. Bandinys, nutrauktas statinio tempimo bandymo metu

Standartai: (LST EN 10002-1; GOST 1497-84; ISO 6892, ASTM A370, ASTM E8)

Darbo eiga:

Pasiruošimas bandymui Preliminariai nustatoma leistina bandinio apkrovimo jėga ir bandiniui

nutraukti reikalingos jėgos dydis ( ), pasirenkant spėjamas medžiagos mechanines savybes.

Bandinio paviršius sudalomas į 10 lygių dalių. Išmatuojamas bandinio minimalus skersmuo , bandomasis ilgis

(žr. 1.1 pav.), apskaičiuojamas skerspjūvio plotas (užpildoma 1.2 lentelės dalis).

Nustatoma bandymo mašinos ribinė apkrova ir atitinkama apkrovos matavimo skalė.

Bandinys įtvirtinamas bandymo mašinos griebtuose. Paruošiama darbui mechaninė jėgos ir ilgio pokyčio matavimo aparatūra, o jei

matuojama naudojantis kompiuterine technika- programinė įranga (bandymo aparatūros naudojimo instrukciją pateikia dėstytojas ar atsakingas darbuotojas).

Bandinio tempimo metu Deformavimo metu, sekdami tempimo diagramą fiksuojame (1.3 lentelė, 4

eilutė) , , jėgų skaitines vertes.

Trūkus bandiniui Bandiniui nutrūkus, išmatuojamas bandinio skersmuo vienodai suplonėjusiame

ruože , skersmuo ties trūkimo vieta , bandomasis ilgis , ruoželio ilgis ties trūkimo vieta (užpildoma likusioji 1.2 lentelės dalis).

Rezultatų apdorojimas Pagal laboratorinio darbo aprašyme pateiktas formules, įvertinant bandymo

metu išmatuotus dydžius, apskaičiuojami 1.3 lentelėje pateikti dydžiai. Nubraižoma inžinerinė tempimo diagrama . Grafike (1.5 pav.), kartu su inžinerine tempimo diagrama, sudaroma tikrųjų

įtempių - deformacijų tempimo diagrama.Rezultatų įvertinimas

Įvertinus 1.4 lentelėje pateiktų medžiagų mechanines charakteristikas, nustatoma, kuriai medžiagai labiausiai artima išbandyta medžiaga.

Užrašoma išvada.

2 darbas. MEDŽIAGŲ GNIUŽDYMO BANDYMAS

Darbo tikslas:1. Susipažinti su mašinomis, naudojamomis medžiagų gniuždymo bandymui atlikti;2. Gniuždant išbandyti šias medžiagas:

a) mažaanglį plieną,b) ketų,c) medieną išilgai sluoksnių,d) medieną skersai sluoksnių;

3. Naudojantis eksperimento duomenimis, nustatyti medžiagų takumo ir stiprumo įtempius.

Teorinė dalis

Mechaninių charakteristikų nustatymo metodika atliekant gniuždymo bandymą panaši į bandymo „Medžiagų bandymas tempiant“ metodiką.

Medžiagų gniuždymo diagramų ir bandinių irimo pobūdis priklauso nuo medžiagos rūšies, bandinio aukščio, bandymo mašinos atraminių paviršių šiurkštumo ir kitų veiksnių.

Medžiagų gniuždymo bandymus galima atlikti bet kokios konstrukcijos universaliosiomis bandymo mašinomis (kaip ir atliekant 1 laboratorinį darbą) arba presais. Bandymų mašina matuoja apkrovą ir deformacijas esant atitinkamai apkrovai. Diagrama braižoma ant milimetrinio popieriaus mašinos įrenginyje arba kompiuterio ekrane (šiuo atveju informacija gaunama jėgos ir poslinkio jutikliais).

Gniuždymo bandymuose naudojami standartinių matmenų bandiniai: cilindro formos (cilindro aukštis ; čia d – cilindro skersmuo) ir kubo formos [4].

Įtempiai gaunami dalijant ašinę apkrovimo jėgą iš bandinio skerspjūvio ploto . Apkrovai pasiekus stiprumo ribos jėgą, bandinys dažnai neatlaiko ir suyra-

pažeidžiamas bandinio vientisumas.Gniuždant plieno bandinį virš takumo ribos, jo skerspjūvio plotas padidėja,

medžiaga sukietėja, todėl bandiniui toliau deformuoti reikalinga didesnė jėga. Plieninių bandinių paprastai nustatoma tik gniuždymo takumo riba .

Gniuždant ketų, nuo apkrovimo pradžios kartu su tampriosiomis deformacijomis pasireiškia ir plastinės (negalioja Huko dėsnis). Nustatoma ketaus gniuždymo stiprumo riba .

Mediena yra anizotropinė medžiaga (sluoksniuota), todėl gniuždant skersai ir išilgai sluoksnių mechaninės charakteristikos skiriasi. Gniuždant medieną išilgai ir skersai sluoksnių, nustatoma stiprumo riba . Jei gniuždant skersai sluoksnių bandinys nesuyra, o tik susispaudžia, stiprumo riba skaičiuojama, o stiprumo ribos jėga prilyginama jėgai, kuriai esant bandinio aukštis sumažėja 1/3. Medienos stiprumo riba, gniuždant bandinį išilgai sluoksnių, 810 kartų didesnė nei gniuždant skersai sluoksnių. Skirtingų medžiagų tempimo diagrama pavaizduota 2.1 pav.

Gniuždymo diagramos naudojamos daugeliui medžiagų mechanikos uždaviniams spręsti.

Apkrovos proporcingumą deformacijoms pirmas užregistravo Robertas Hukas. Įtempiai eksploatacijos metu neturi viršyti proporcingumo ribos, kad konstrukcijos elementuose neatsirastų plastinių deformacijų. Įtempiai eksploatacijos metu taip pat neturi viršyti leistinųjų įtempių.

2.1 pav. Gniuždomų medžiagų diagramų palyginimas: a-mažaanglis plienas; b-ketus; c-medis išilgai sluoksnių; d-medis skersai sluoksnių.

Bandymo mašinos, įrankiai, prietaisai, bandiniaiUniversali hidraulinė 500 kN tempimo ir gniuždymo bandymo mašina su jėgos ir

deformacijų registravimo įtaisu. Cilindriniai (skersmuo ir aukštis – 20 mm) plieno ir ketaus bandiniai, kubo formos (briaunos ilgis 20 mm) medienos bandiniai.

Formulės bandomų medžiagų mechaninėms charakteristikoms apskaičiuoti:Liekamajam susitraukimui

, (2.1)Takumo ribai

, (2.2)

Stiprumo ribai

, (2.3)

Liekamajai skersinei deformacijai

, (2.4)

Liekamajai išilginei deformacijai

, (2.5)

Standartai. Metalams ASTM E-9, keramikai ASTM C-773.

Darbo eiga:

Pasiruošimas bandymui Parenkami artimos medžiagos stiprumo ribos įtempiai, pagal kuriuos

apskaičiuojamas bandiniams sugniuždyti reikalingos jėgos dydis ( ). Ši skaitinė jėgos vertė reikalinga pasirinkti tinkamą bandymo mašinos jėgos skalę ar dinamometrą, kad minėti matavimo prietaisai nebūtų perkrauti ir sugadinti.

Išmatuojami plieno ir ketaus bandinių pradiniai skersmenys bei ilgis , o medinių bandinių kvadratinio skerspjūvio vienos kraštinės plotis bei ilgis . Apskaičiuojami minėtų dalių skerspjūvio plotai (užpildoma 2.1 lentelė).

Bandinys pastatomas tarp bandymo mašinos griebtų. Paruošiama darbui mechaninė jėgos ir ilgio pokyčio matavimo aparatūra, o jei

matuojama naudojantis kompiuterine technika- naudojama programinė įranga (bandymo aparatūros naudojimo instrukciją pateikia dėstytojas).

Bandinių gniuždymo metu Deformavimo metu, sekant gniuždymo diagramą, fiksuojama: plieno – takumo

jėga , ketui, medžio išilgai ir skersai sluoksnių – stiprumo jėga . Jėgų skaitines vertes surašomos į 2.2 lentelę.

Suirus bandiniui Plastiškai susideformavus plieno ar trapiai suirus ketaus bandiniams,

išmatuojamas bandinių skersmuo storiausioje vietoje bei liekamasis ilgis . Medinių bandinių matmenų pokyčiai nematuojami, kadangi jų suirimo pobūdis sudėtingesnis. Užpildomos likusios 2.1 ir 2.2 lentelių dalys. 2.3 lentelėje nupiešiami bandinių paveikslai prieš eksperimentą ir po jo. Taip pat trumpai aprašomas kiekvieno bandinio suirimo pobūdis.

Rezultatų apdorojimas Pagal laboratorinio darbo aprašyme pateiktas formules, įvertinant bandymo

metu išmatuotus dydžius, apskaičiuojami 2.2 lentelėje pateikti dydžiai. Eksperimento metu gautos diagramos pasirinktu masteliu atidedamos

2.2 paveikslo ir koordinatėse. Užrašoma išvada.

3 darbas. MEDŽIAGŲ TAMPRIŲJŲ FIZINIŲ KONSTANTŲ TYRIMAS TEMPIANT

Darbo tikslas:1. Susipažinti su bandymo įranga ir bandiniais.2. Apskaičiuoti medžiagos tamprumo modulį ir Puasono koeficientą.

Teorinė dalisPlienas, kaip ir kitos metalinės medžiagos, sudarytas iš atomų. Kiekviena medžiaga

turi tam tikrą atominę sandarą. Kai medžiagos neveikia jokios išorinės jėgos, tada atomai išlieka pusiausviri, veikiami tam tikrų tarpatominio ryšio jėgų. Tampri medžiagos elgsena (tamprusis deformavimas) apibūdinama medžiagos atomų elgsena, kuri priklauso nuo gardelės tipo. Kai išorinės jėgos deformuoja kūną, tarpatominis atstumas pasikeičia. Vidinis atomų pasislinkimas turi būti labai mažas, kad medžiaga išliktų tampri. Kai išorinės jėgos pašalinamos, atomai sugrįžta į pusiausvyros padėtį, todėl ir kūnas atgauna savo pirmykštę formą bei matmenis.

Kuo medžiagos tamprumo modulis didesnis, tuo ji mažiau deformuojasi tampriai, esant tai pačiai apkrovai. Reikalavimai tampriųjų konstantų nustatymui pateikti standartuose [1, 2].

Tamprumo (Jungo) modulis E. Kai medžiaga deformuojama tampriai, o įtempių ir deformacijų priklausomybė tiesinė, sakoma, kad medžiaga yra tiesiškai tampri. Ši elgsena ypač svarbi inžinerijoje, kadangi daugelis konstrukcijų ir mašinų gaminamos dirbti nedidelių įtempių sąlygomis, kad būtų išvengta nepageidaujamų takumo ar plastinių deformacijų. Su tiesiniu tamprumu pradinėje deformavimo stadijoje susiduriama išbandant daugelį konstrukcinių medžiagų, tokių kaip metalai, medis, betonas, plastikai ir keramika. Tamprumo ar Jungo modulio sąvoka apibrėžiama įtempių ir deformacijos

tarpusavio santykiu. Tada vienaašio apkrovimo (tempimo ar gniuždymo) atveju galima užrašyti:

, (3.1)

Tamprumo modulis E apskaičiuojamas atliekant statinio tempimo ar gniuždymo eksperimentą.

Tampri medžiagos elgsena gali būti tiesinė arba netiesinė. Konstrukcinės medžiagos ir dauguma pramoninių medžiagų turi tiesinę ir netiesinę priklausomybę (3.1 pav., a, b).

3.1 pav. Pagrindiniai tamprios tiesinės (a) ir tamprios netiesinės (b) elgsenos tarpusavio

skirtumai

Norint apskaičiuoti medžiagų, kurių tamprumo elgsena netiesinė, tamprumo ribą ir tamprumo modulį , reikia nubrėžti kreivės liestinę, kuri eitų per koordinačių pradžią. Po to brėžiama antroji tiesė, kuri nutolusi 0,05 % atstumu ir lygiagreti su pirmąja (3.1 pav., b). Taške antroji tiesė kerta kreivę ir ašyje gaunama vertė. Dydis vadinamas sąlygine tamprumo riba.

Puasono koeficientas . Jei tempsime stačiakampio skerspjūvio bandinį ašine kryptimi jis pailgės, o skersine susitrauks (matmenų pokytis pridėtai jėgai statmena

kryptimi). Šis bandinio matmenų pokytis pavaizduotas 3.2 paveiksle, kur ištisinės linijos vaizduoja pradinę, o punktyrinės – galutinę formą po apkrovimo.

3.2 pav. Kūno išilginių ir skersinių matmenų kitimas tempimo metu

Tempiant bandinį dėl skersinių deformacijų jo plotis bei aukštis sumažėja (neigiamos deformacijų vertės). Gniuždant gaunamas priešingas reiškinys – bandinys trumpėja (teigiamos deformacijų vertės). Deformuojamo bandinio tiesinių matmenų kitimas gali būti užrašomas taip:X: kadangi (ištįsimas);Y: kadangi (susitraukimas);Z: kadangi (susitraukimas).

Matmenų pokyčiai tempiant arba gniuždant matuojami linijiniais matavimo vienetais, pavyzdžiui, milimetrais ar mikrometrais.

Visos tempimo deformacijos gali būti apibrėžiamos ir užrašomos išilgine

deformacija bei skersinėmis deformacijomis ir .

Dažniausiai deformacijų matavimo vienetai yra bedimensiai ar santykiniai, t. y., ,

.

Tada Puasono koeficientas arba .

Skirtingų metalų Puasono koeficiento vertės tampraus deformavimo srityje skiriasi. Dažniausiai jos svyruoja tarp 0,25 ir 0,4. Mažiausias vertės būdingos kai kurių rūšių betonui ( ), o didžiausios vertės gaunamos deformuojant gumos gaminius (

).

ApibrėžimaiTamprumo moduliu E vadinamas proporcingumo rodiklis, nusakantis ryšį tarp įtempių ir deformacijų tiesinėje ar netiesinėje tampriojo deformavimo zonoje. Puasono koeficientas v yra išilginių ir skersinių deformacijų santykis išilgine ašimi pasirenkant ašį, atitinkančią apkrovimo jėgos kryptį. Naudojama įranga ir bandiniai500 kN universali hidraulinė tempimo ir gniuždymo mašina. Jėgos matavimo įrenginys. Keturi mechaniniai tenzometrai (du išilginiams ir du skersiniams matmenų pokyčiams matuoti). Stačiakampio skerspjūvio bandinys. Tenzometrų tvirtinimo schema pavaizduota 3.3 paveiksle.

l 0

b0

F

F

A A

b

t

A-A

Ban

diny

sSke

rsin

is te

nzom

etra

s S

T1

Išil

gini

s te

nzom

etra

s IT

1

3.3 pav. Tenzometrų tvirtinimo schema

Standartai: EN 10002-1, Metalams ASTM E111, betonui ASTM C469

Darbo eiga:

Pasiruošimas bandymui Užpildoma 3.1 lentelė. Užsirašomos skersinio ir išilginio mechaninio tenzometro skalės padalos vertės,

atitinkamai mb ir ml. Didinant slėgį hidraulinėje sistemoje, bandinys apkraunamas iki 10 kN jėga ir

įsitikinama ar visų tenzometrų rodyklės atsilenkia nuo pradinės padėties. Jei taip, tai įranga paruošta laboratoriniam darbui atlikti.

Bandymo atlikimas Bandinys apkraunamas 10 kN (1t) jėga ir užrašomi abiejose pusėse esančių

skersinio ir išilginio tenzometrų rodmenys į 3.2 lentelę. Bandinys apkraunamas 110 kN (11t) jėga ir užrašomi abiejose pusėse esančių

skersinio ir išilginio tenzometrų rodmenys į 3.2 lentelę. Apskaičiuojami 3.2 lentelėje esantys jėgų ir linijinių matmenų pokyčiai: ,

, , , .

Rezultatų įvertinimas Naudojantis 3.2 lentelėje gautais duomenimis, apskaičiuojami eksperimentinių

linijinių ir skersinių matmenų pokyčių vidurkiai, išilginės ir skersinės deformacijos, įtempiai , tamprumo modulis ir Puasono koeficientas .

Užpildoma 3.3 lentelė. Išvadose nurodomos priežastys, nuo kurių priklauso tamprumo modulio ir

Puasono koeficiento skaitinės vertės.