На какой испытательной машине выполняется работа

Какие машины используют при испытании на растяжение?

Для испытания на растяжение используют разрывные гидравлические и электромеханические машины. Наиболее распространенными типами машин являются: универсальные разрывные машины РГМ и универсальные разрывные машины РЭМ.

Все разрывные машины имеют модуль силозадающий, модуль управления и специальные захваты для закрепления образцов различной формы.

Какие материалы испытываются при растяжении?

При растяжении испытываются материалы, такие как: арматурная сталь, металлические трубы, стальные балки, стальные плетеные канаты, электрокабели, пластмассы, пленки, полимерные материалы и др.

Механические свойства материалов при растяжении

При определении механических свойств материалы подвергают различным видам испытания. Одним из них является испытание на растяжение.

Во время испытания на растяжение (в соответствии с ГОСТ 1497-84) определяют механические свойства материалов: предел прочности, предел текучести, относительное удлинение и относительное сужение.

Диаграмма растяжений

Формула предела прочности

Для вычисления предела прочности металлов при растяжении используют формулу:

Формула предела текучести

Для вычисления предела текучести металлов при растяжении используют формулу:

Формулы относительного удлинения и относительного сужения

Относительное удлинение и относительное сужения вычисляют по формуле:

Источник

Задачи провести испытания на растяжение различных материалов и определить показатели прочности и пластичности

Главная > Документ

2. Теория. Общие положения

Механическими называют свойства, которые материал проявляет при действии на него внешних, механических сил со стороны других тел. Действие силы вызывает деформацию твердого тела, и в нем возникают напряжения. Напряжение является удельной величиной и определяется как отношение силы, действующей на тело, к площади его сечения:

;

F – площадь поперечного сечения (рис. 2.1).

Напряжение в системе СИ выражается в Н/м2 или МН/м2, т.е. МПа. На практике может быть использована размерность кгс/мм2, (1 кгс/мм2  9,81 МПа). В общем случае сила не перпендикулярна площадке, на которую она действует. Тогда ее, как и любой вектор, можно разложить на две составляющие: нормальную (перпендикулярную к площадке), создающую нормальное напряжение

и касательную, действующую в плоскости площадки и вызывающую касательное напряжение

Рис. 2.1. Схема нормальных сил

Рис. 2.2. Схема составляющих сил

Процесс деформации под действием постепенно возрастающей нагрузки складывается из трех последовательно накладывающихся одна на другую стадий.

Рис. 2.3.Схема процесса деформации

Даже незначительное усилие вызывает упругую деформацию, которая в чистом виде наблюдается только при нагрузках до точки А. Упругая деформация характеризуется прямо пропорциональной зависимостью от нагрузки и упругим изменениям межатомных расстояний. При нагрузках выше точки А в отдельных зернах металла, ориентированных наиболее благоприятно относительно направления деформации, начинается пластическая деформация. Дальнейшее увеличение нагрузки вызывает и увеличение упругой, и пластической деформации (участок АВ). При нагрузках точки В возрастание упругой деформации прекращается. Начинается процесс разрушения, который завершается в точке С.

Механические свойства материалов: прочность, твердость, пластичность, вязкость, упругость определяются при различных условиях нагружения и разных схемах приложения усилий. Широко распространено испытание материалов на растяжение, по результатам которого можно определить в частности показатели прочности и пластичности материала.

Условия приведения испытаний и порядок определения показателей механических свойств регламентированы стандартом ГОСТ 1497-84.

2.1. Показатели прочности

Сопротивление малым пластическим деформациям характеризуют предел пропорциональности, предел упругости и предел текучести.

2.1.1. Предел пропорциональности

,

2.1.2. Предел упругости

2.1.3. Предел текучести физический

.

Если на кривой деформации отсутствует четко выраженная площадка текучести (рис. 2.6, а), то определяют предел текучести условный.

2.1.4. Условный предел текучести

.

2.1.5. Сопротивление значительным пластическим деформациям

Сопротивление значительным пластическим деформациям (для пластичных материалов) характеризуется пределом прочности.

.

2.2. Показатели пластичности

2.2.1. Относительное удлинение после разрыва

Для определения длины расчетной части lK после разрыва части образца плотно прикладывают друг к другу (рис. 2.4) и измеряют расстояние между метками, которые ограничивали начальную расчета длину.

Рис. 2.4. Круглый образец после испытания на растяжение

2.2.2. Относительное сужение

2.3. Подготовка к испытанию

Для проведения испытаний рекомендуется применять круглые или плоские пропорциональные образцы (рис. 2.5), у которых начальная расчетная длина пропорциональна диаметру d0 или корню квадратному из площади сечения образца F0. Предпочтительны соотношения l0 = 5d0 для круглых и для плоских образцов.

Рис. 2.5. Образцы для испытаний:

а – круглый образец; б – плоский образец.

Испытания на растяжение арматурных сталей имеют некоторые особенности. В железобетонных конструкциях сталь используется в состоянии поставки с сохранением поверхности. Механические свойства центральной части и поверхностных слоев могут заметно отличаться. Это отличие может быть вызвано ликвацией «С» и «Р», нагартовкой поверхности, различием структур из-за разных условий охлаждения после прокатки и т.п.

В стержнях периодического профиля напряжения, возникающие под нагрузкой, по длине распределяются тоже не равномерно, поэтому арматурную круглую и периодического профиля сталь диаметром от 3 до 80 мм по ГОСТ 12004-81 необходимо испытывать с необработанной поверхностью. В этом случае условия испытания наиболее полно соответствуют условиям работы арматурных стержней в железобетонной конструкции.

При испытании стержней периодического профиля используется понятие «номинальный диаметр». Номинальный диаметр dН для стержневой арматуры равен номинальному диаметру равновеликих по площади поперечного сечения круглых стержней (рис. 2.5). Площадь сечения в этом случае вычисляется по формуле

;

Рис. 2.5. Сечение арматурного стержня периодического профиля

2.4. Диаграмма растяжения

Вид диаграммы растяжения зависит от природы материала и от его структурного состояния.

Рис. 2.6. Виды диаграмм растяжения различных материалов

Рассмотрим стадии растяжения на примере малоуглеродистой стали (рис. 2.6, б).

Вначале до точки А зависимость между нагрузкой и удлинением изображается прямой линией, т.е. наблюдается прямая пропорциональность между удлинением и нагрузкой. Интенсивность возрастания нагрузки с ростом удлинения характеризует жесткость материала.

Ордината точки А соответствует нагрузке при пределе пропорциональности Рпц. До предела пропорциональности в образце возникают только упругие деформации. При дальнейшем растяжении образца начинается заметное отклонение линии от первоначального направления, приводящее в случае малоуглеродистой стали к появлению на диаграмме горизонтального или почти горизонтального участка. Это означает, что образец удлиняется без заметного возрастания растягивающей нагрузки. Материал как бы течет, поэтому нагрузка Рт, соответствующая горизонтальному участку (точка В) называется нагрузкой при пределе текучести.

Нагрузки Рпц, Рт, РМАХ и т.п. являются характеристиками данного образца. Свойства же материала характеризуют другими показателями.

3. МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

3.1. Активные клавиши

Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши:

W, S, A, D – для перемещения в пространстве;

F2, E – аналоги средней клавиши манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);

F10 – выход из программы.

Рис. 3.1. Активные клавиши клавиатуры

Рис. 3.2. Функции манипулятора

Примечание: При появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и стороны.

3.2. Необходимые инструменты и материалы

Для проведения работы необходимы:

 образцы различных металлических материалов.

Для проведения испытаний могут быть использованы специальные или универсальные испытательные машины. Рассмотрим устройство испытательной машины на примере УММ-5 (Рис. 3.3, 3.4)

Рис. 3.3. Испытательная машина УММ-5

1 – место установки образца (кулачки); 2 – вращающийся винт; 3 – рукоятка переключения передач (используется 3 передачи); 4 – шкала динамометра; 5 – место выхода динамограмм

Рис. 3.4. Схема испытательной машины УММ-5

Машина УММ-5 имеет электромеханический привод (1) подвижного захвата (2), скорость перемещения которого может быть установлена с помощью рычага коробки скоростей.

С неподвижным захватом (3) связан рычажно-маятниковый силоизмеритель (4).

Возрастание усилия в верхнем неподвижном захвате (3) вызывает соответствующее отклонение маятника (5), происходит уравновешивание. Величина усилия показывается стрелкой на круговой шкале (6).

Рис.3.6. Круговая шкала и диаграммный аппарат

Машина имеет диаграммный аппарат (7), позволяющий записывать при испытании кривую деформации в координатах «сила – деформация».

4. Порядок выполнения работы

4.1. Проведение испытаний

Порядок работы следующий:

1. Возьмите образец со стола.

Рис. 4.1. Стол с образцами

2. Установите образец между кулачками.

Рис. 4.2. Зажатый между кулачками образец

Рис. 4.3. Кнопки электромеханического привода и рычаг коробки скоростей

4. Установите передачу.

5. Нажмите кнопку «ВНИЗ». Образец начнет растягиваться.

Рис. 4.4. Кнопки управления

Рис. 4.5. Шкала динамографа

1 – рукоятка управления пассивной стрелкой;

2 – активная стрелка (связана с замером);

3 – пассивная стрелка

При растягивании шкала показывает данные. Управление пассивной стрелкой происходит от рукоятки посередине шкалы (вращая рукоятку, можно вращать стрелку).

Во время работы из диаграммного аппарата «выезжает» лист с диаграммой.

Рис. 4.6. Диаграмма разрыва образца Ст3

6. Постепенно образец в середине становится тоньше и длиннее за счет растяжения. В конце испытания образец рвется.

7. Затем необходимо выключить УММ-5 (кнопка «СТОП»), либо машина выключится сама.

8. Вытащите образец и положите его на стол для замера (две половинки образца ложатся друг к другу, образуя «целый» образец). Замер будет производиться при помощи штангенциркуля.

Рис. 4.7. Штангенциркуль

9. Возьмите со стола штангенциркуль и укажите на образец. Одной губкой штангенциркуль встанет к месту замера на образце, а вторую можно двигать, тем самым производя замер в месте обрыва.

10. Снимите динамограмму с УММ-5 и положите ее на стол. После того, как динамограмма оказалась на столе, имеется возможность растянуть ее на весь экран (щелчок на динамограмму растягивает ее на весь экран, повторный щелчок убирает ее обратно на стол).

11. Сломанный образец нужно выкинуть в урну.

12. Далее нижний кулачок поднимите (кнопка «ВВЕРХ») до положения, чтобы поместить новый образец.

13. Пассивную стрелку (3) динамографа установите в нулевое положение.

Можно проводить дальнейшие испытания.

5. Контрольные вопросы

1. Что называется пределом текучести и пределом прочности?

2. Какие механические свойства материала можно определить по диаграмме растяжения?

3. На какой испытательной машине выполняется работа?

4. Какой применяется образец?

5. Как проводится нулевая линия и оси координат на диаграмме растяжения?

6. Как определяют предел текучести, если на диаграмме растяжения имеется участок, параллельный оси удлинения?

7. По какой величине относительного остаточного удлинения определяют условный предел текучести?

8. Как определяют условный предел текучести по диаграмме растяжения?

9. На какую площадь сечения образца нужно делить максимальную нагрузку, которую выдержал образец до разрушения, при определении предела прочности?

10. Для какого участка диаграммы растяжения справедлив закон Гука?

11. Как изменяются свойства материала, если он подвергался предварительной вытяжке за предел текучести?

6. Отчет по практике

1. Изучите основные теоретические положения и условия проведения испытаний на растяжение.

2. Испытайте на растяжение образцы различных материалов с записью диаграммы растяжения. Результаты занесите в протокол (таблица 6.1).

3. Обработайте результаты, определите механические свойства испытанных материалов и сравните их с табличными значениями.

Источник

Универсальные испытательные машины (разрывные машины). Часть 2

В дополнение первой части пишу продолжение, так как появилось несколько неосвещенных мной вопросов. Первая статья в данной теме была написана как обозревательная разнообразного множества испытательных, разрывных машин.

Хотелось бы начать рассказ с конструкции классической испытательной двух винтовой машины, для лучшего понимания работы подобных систем.

Все подобные двухвинтовые (двухколонные) машины устроены примерно одинаково, основное отличие только в приводной части, обеспечивающей вращение ходовых винтов. Винты обычно ставятся ШВП, но в зависимости от класса (категории) машины могут устанавливаться и трапециидальные. Приводная часть машины состоит из двигателя асинхронного (модернизированного энкодером) или серводвигателя, раньше (лет 20 назад) на сколько я знаю, ставили здоровые движки постоянного типа. Двигатель соединяется с раздаточным редуктором – это может быть как один многоступенчатый редуктор или несколько редукторов различного типа, в основном это червячные редуктора, которые комбинируют друг с другом или с редукторами другого типа, например ременными или как показано на схеме раздаточными косозубыми шестернями. Любая подобная машина состоит из основания, в котором располагается приводная часть и электрическая часть, на основании установлена нижняя плита достаточной толщины чтобы избежать прогибов во время испытаний / нагрузки. Вращение винтов обеспечивает движение подвижной траверсы. Винты крепятся в подшипниковых стаканах в верхней плите (иногда и в нижней). Подобная кинематическая схема образует две зоны для испытаний: нижнюю – между нижней плитой и траверсой и верхнюю – между траверсой и верхней плитой. Кинематическая схема машины заложена с двух кратным запасом в отличие от китайских коллег, это увеличивает дополнительную жесткость, что повышает точность и срок службы, который как я слышал должен быть не менее 10лет, но сколько в реальности они служат пока не знаю, хотя судя по старым машинам годов 80-х, то со сроком службы у них все в порядке.

Исходя из простого описания конструкции, наверное становится понятно чем отличается простой магазинный пресс от испытательной машины. Из комментариев к прошлой статья я заметил, что многие путают, или не до поняли, или потому что я не уточнил, что есть два типа машин по типу создания нагрузки (перемещения траверсы): гидравлические и винтовые.

Гидравлические машины обычно рассчитаны на большие нагрузки, от 10тонн и выше (в магазине продаются пресса и на меньшую нагрузку). У них есть такая проблема как точность позиционирования, особенно она зависит от скорости перемещения штока, наличие гидростанции тоже создает некоторые сложности. А устанавливать сервогидравлику очень дорого (по ценам не сориентирую, давно не интересовался). Изготавливать самим, требует достаточных временных и финансовых затрат (почему бы в это не вложится, постараюсь разъяснить в ценообразовании).

Мы (наша организация) в основном разрабатываем и производим винтовые машины с нагрузкой до 20тонн, кинематика которых описана выше.

Магазинные пресса уступают испытательным машинам, так как в них отсутствует определенная жесткость конструкции, датчик силы, нестабильные скоростные характеристики, система получения информации и управления. Да и вообще основное отличие – это назначение, пресс не может являться испытательной машиной.

Испытательная машины является испытательной, если на нее получен сертификат поверки из ЦСМ (Центр Стандартизации, Метрологии), и она занесена в государственный реестр. Так же, исходя из ГОСТа (если такой существует) на испытание того или иного материала, в нем прописан ГОСТ, на требования которым должна соответствовать испытательная машина.

Теперь то, что касается точности. Она помимо жесткости и прецизионности сборки машины еще зависит от класса применяемых датчиков и электроники способной обработать полученные с них данные. В машине используются датчики перемещения (энкодеры) и датчики силы (тензодатчики). В качестве энкодеров в основном используются инкрементные датчики угла поворота от 2000 импульсов на оборот, установленный на один из ходовых винтов. Силовую (нагрузочную) характеристику снимает тензодатчик, обычно они построены на основе тензорезисторов включенных по мостовой схеме.

С этого типа датчика получаем аналоговой сигнал, который обрабатывается АЦП и значение передается в основной контроллер. По исполнению они бывают: S-образные, в виде шайбы и бруска. С помощью тонзометрических датчиков можно измерять не только нагрузку но и деформацию, но в очень маленьком диапазоне (1-2мм).

Теперь про ПО (программное обеспечение), расскажу про то которое писал лично, сейчас же используется ПО другого программиста так как я уперся в профессиональные знания, которых у меня не хватало, да и одному заниматься от разработки и производства механики до программного обеспечения – это уже слишком. Упущу описание электронной части, но вкратце скажу что между ней и компьютером происходит двухсторонний обмен информацией. На ПК приходит массив данных о силе и перемещении и времени, также информация о состоянии кнопок, конечников.

В ПО на ПК происходит тарировка (калибровка), значений с датчиков, полученных из массива. То есть происходит соотношение напряжения полученного с датчика силы с реальным значением нагрузки (массы, например кг или Н). Значению полученных импульсов с энкодера тоже присваивается определенно расстояние перемещения ходовой траверсы, точнее происходит соотношение одного импульса датчика с перемещением траверсы. Когда все значения: нагрузка, перемещение, скорость, показываются нам в требуемых величинах, но можно переходить к настройке испытания. Простое испытание в котором требуется определить максимальную нагрузку при которой разрушается образец, настраивается только критерий останова машины при разрушении образца. Что это значит: это условие при котором испытание автоматически завершится, движение траверсы остановится и результаты появятся в таблице. Это условие еще необходимо при сложных испытательных зависимостях, например, таких как на металл. Критерий останова — это процентная составляющая нагрузки, спад которой произойдет за определенное время. Помимо максимального разрушающего усилия можно рассчитать еще много параметров, которые зависят от физических размеров образца. Обычно для набора статистики, испытания складываются в серии испытаний.

Снял не большое видео по программе, думаю, кому сильно интересно то можно разобраться, все подписано на Русском языке. Вкратце по технической части затронул многое, не знаю, на сколько хорошо и доступно удалось все изложить, пишите в комментариях.

Теперь о наболевшем! О торгашах и «законах рынка»… Сразу рассказу о ценообразовании. И на сколько я знаю это относится (можно отнести) не только к испытательным машинам.

К примеру, возьмем машину с нагрузкой до 5тонн: Конструирование вместе с производством, покупными элементами обходится в 300т.р. это все штучное производство и постоянно от новой к новой машине, что то правится и добавляется (я имею ввиду конструкцию). Цена указанна с прибылью.

Электрическая часть, в которую входит двигатель, привод, датчики, кнопки, провода, контроллер, компьютер, программное обеспечение, и все вместе с прибылью (ЗП разработчикам) это выходит в 150 т.р.

В итоге машина собрана, налажена и готова к работе за 450 т.р., остаются некоторые второстепенные расходы на получения сертификата поверки и упаковки, в сумме это не более 15 т.р. Внесение одного типа машины в гос. реестр, стоит примерно 250 т.р. и на все время производство подобных машин, (эту цену включать в общую стоимость машины пока не будем). Стоимость продажи машины торгашом выходит от 700 т.р. Это я описал примерную стоимость бюджетного варианта машины с трапециидальными винтами.

Торгаш, получается, наваривает с продажи одной машины от 200 т.р. и больше, но что он в реальности сделал: в виду того, что раньше он работал на дядю в этой области заимел опыт работы и продаж, заимел сайт, нашел разработчиков электроники (самостоятельная организация), разработчиков механики (нас — самостоятельная организация). Как бы он молодец, но чуть снизив свой доход можно было бы увеличить продажи (особенно в кризис) и тем самым увеличились бы заработки разработчиков механики и электроники. А нет, он начал торговаться с нами, чтобы мы снизили цену, но мы и так работаем с минимальной выгодой только чтобы платить заработную плату рабочим, в итоге получилось так что за разработку и конструирование мы не чего не берем. Работаем за идею – глупо конечно в наше время, но работать тоже надо… Здесь наверное не место конечно чтобы рассуждать на этот счет…

Описал на сколько смог ценообразование, про торгашей конечно отдельная история. Дело не в личностях, а в системе, так как им без разницы что продавать, от них страдает экономика нашей страны, да и вообще по моему мнению это женское занятие, но что делать работа есть работа, кушать все хотят, кто знает, может и я лично устроюсь торговать.

Если присутствуют здесь торгаши, прошу не обижаться — «по отдельности вы не плохие ребята».

Источник