1.6. Испытание материалов на растяжение - сжатие

При решении простейших задач на растяжение и сжатие мы уже встретились с необходимостью иметь некоторые исходные экспериментальные данные, на основе которых можно было бы построить теорию. К числу таких исходных экспериментальных данных относится в первую очередь уже знакомый нам закон Гука. Основными характеристиками материалов при этом являются модуль упругости Е и коэффициент Пуассона Понятно, что в зависимости от свойств материала эти величины меняются. В первую очередь Е и зависят от типа материала и в некоторой степени от условий термической и механической обработки.

Для решения практических задач необходимо иметь еще числовые характеристики прочностных свойств материалов. При изучении процессов гибки и штамповки нужны числовые показатели, характеризующие способность материала пластически деформироваться. В ряде случаев надо иметь данные о

способности материала противостоять действию высоких температур, работать при переменных нагрузках и т.д.

В связи с этим создано много различных видов испытаний, но основными и наиболее распространенными являются испытания на растяжение и сжатие. С их помощью удается получить наиболее важные характеристики материала, находящие прямое применение в расчетной практике.

Для испытания на растяжение используют специально изготовленные образцы, которые большей частью вытачивают из прутковых заготовок или вырезают из листа. Основной особенностью таких образцов является наличие усиленных мест захвата и плавного перехода к сравнительно узкой ослабленной рабочей части. На рис. 1.22 показано несколько типов таких образцов. Длину рабочей части выбирают обычно раз в 15 большей диаметра При замерах деформаций используют только часть этой длины, не превышающую десяти диаметров. Существуют, однако, и более короткие образцы, у которых отношение . В случая прямоугольного поперечного сечения в качестве характеристики, определяющей рабочую длину принимает диаметр равновеликого круга

Рис. 1.22

При испытании на сжатие используют короткие цилиндрические образцы, высота которых превышает размеры поперечного сечения не более чем в два раза (рис. 1.23). При

Рис. 1.23

большой высоте сжатие образца сопровождается, как правило, его искривлением, искажающим результаты испытаний.

Абсолютные размеры образцов при испытаниях как на растяжение, так и на сжатие зависят от располагаемой мощности испытательных машин и от размеров заготовки, из которой изготавливают образцы.

Испытания на растяжение и сжатие проводят на специальных машинах, где усилие создают либо при помощи груза, действующего на образец через систему рычагов, либо при помощи гидравлического давления, передаваемого на поршень. В первом случае машина называется рычажной, во втором - гидравлической.

На рис. 1.24 показана схема простейшей испытательной машины рычажного типа. От червяка 1 вручную или посредством электропривода поворачивается червячное колесо 3, смещающее вниз силовой винт 2. В образце 4 при этом возбуждается усилие, которое через рычаги 5, 6, 7 уравновешивается весом груза Р на плече а. На рычаге 7 имеется градуировка в единицах силы, приходящейся на образец. Перемещение груза по рычагу возможно не только вручную, но и автоматически.

На рис. 1.25 показана схема гидравлической испытательной машины универсального типа, т.е. предназначенной для испытаний на растяжение и сжатие. В рабочую полость цилиндра 1 при помощи насоса 9 под давлением подается масло, и плунжер 2 поднимается. На плунжере установлена рама 3,

(кликните для просмотра скана)

в верхней части которой имеется захват для образца 5, испытываемого на растяжение. В случае испытания на сжатие образец устанавливают на нижнюю часть рамы. На рис. 1.25 образец для испытания на сжатие отмечен цифрой 6. Рама 4 неподвижна, ее плоскость условно совмещена с плоскостью рисунка и рамы 3. Усилие измеряется манометром 7, проградуированным в единицах силы, приходящейся на образец. По окончании испытания масло под действием веса рамы 3 вытесняется через вентиль 8 обратно в масляную ванну 10.

Мощность испытательных машин колеблется в пределах от нескольких граммов (для испытания волокон и нитей) до сотен тонн (для испытания крупных конструкций). Машины малой мощности (до тонны) выполняют обычно как рычажные. Для больших мощностей предпочтительным является гидравлический принцип.

При испытании на растяжение образец закрепляют в зажимах разрывной машины либо при помощи самозатягивающихся клиньев (рис. 1.26, а), либо в разъемных втулках (рис. 1.26, б). Зажимы на машине проектируют таким образом, чтобы исключить перекос образца и создать по возможности центральную передачу усилий без дополнительного изгиба. При испытании на сжатие цилиндрический образец свободно устанавливают между параллельными плитами.

Рис. 1.26

Основной задачей испытания на растяжение (сжатие) является построение диаграммы растяжения (сжатия), т.е.

зависимости между силой, действующей на образец, и его удлинением. Силу в рычажной машине определяют по положению уравновешивающего груза. В гидравлической машине силу определяют по шкале соответствующим образом проградуированного манометра. Для грубого замера удлинений используют простые приспособления (часто рычажного типа), фиксирующие смещение зажимов машины один относительно другого. Это смещение при больших удлинениях можно рассматривать как удлинение образца.

Для точного замера малых удлинений используют специальные приборы, называемые тензометрами. Установленный непосредственно на образце такой прибор регистрирует взаимные смещения двух сечении на очей части об разца. Устройство и работа некоторых типов тензометров будут рассмотрена в гл. 14.

Современная испытательная машина обычно снабжена прибором для автоматической записи диаграммы растяжения - сжатия. Это дает возможность сразу после испытаний получить вычерченную в определенном масштабе кривую