1. Механические характеристики материалов

1.1. Лабораторная работа № 1 Определение параметров кривой течения по испытаниям на одноосное растяжение

Целью испытания является определение характеристик сопротивления пластическому деформированию материала параметров аппроксимации кривой течения в координатах обобщенное истинное напряжение  - обобщенная пластическая логарифмическая деформация уравнением Свифта:

(1)

где А, m, ₀ - параметры аппроксимации.

Методика испытаний состоит в следующем. Вырезаются образцы из полки профильной детали. Размеры образца для испытаний на одноосное растяжение представлены на рис.1.

R30

12

20^0.10

2 отв.

2,5

h*

20

h* толщина образца

80^0.10

40

40

240

Рис.1

Подготовка образцов к испытанию: размеры поперечного сечения образца в области рабочей длины измеряются с точностью 0.01 мм. Первоначальная площадь поперечного сечения F₀ определяется как минимальная по результатам двух-трех измерений ширины B₀ и толщины h₀ в области расчетной длины образца. На рабочей длине наносят границы на базе l₀ =80 мм и прямоугольную сетку с шагом 15 мм. Точность нанесения сетки 0.02 мм (рис.2).

Рис.2

Испытания: проводят на стандартном оборудовании, обеспечивающем растяжение образца по схеме одноосного растяжения при постоянной скорости деформирования 0.001-0.005c^-1.

Измерение растягивающего усилия и осевого удлинения производят электронными аналоговыми датчиками, сигнал с которых поступает на ПК-карту в персональный компьютер (рис.3). С помощью специального программного обеспечения, написанного в среде LABVIEW-7, производится оцифровка и визуализация диаграммы растяжения в режиме реального времени. Эта функция обеспечивает получение табулированной диаграммы растяжения, которая записывается в текстовый файл для последующей обработки и построения кривой течения материала в координатах: истинное напряжение – логарифмическая деформация.

Диаграмму растяжения записывают в координатах: растягивающее усилие Р (Н) - удлинение l (мм); максимальное растягивающее усилие F_m (H); утонение или ширина границ рабочей части образца на расстоянии, не менее ширины образца от места разрушения.

Рис.3

Обработка результатов испытаний: 1. В результате обработки диаграммы растяжения рассчитывают параметры сопротивления пластическому растяжению: условный предел текучести R_p02 и предел прочности R_m, равномерное остаточное удлинение A_g :

(2)

(3)

F_p0.2 - усилие растяжения, соответствующее условному пределу текучести при остаточной деформации 0,2 % (рис.4). Для вычисления этой величины ординату соответствующей точки на кривой течения умножают на масштаб по усилию

(4)

S₀ - исходная площадь поперечного сечения образца до растяжения; _l- масштаб диаграммы по удлинению

(5)

l_u - длина рабочей части образца после разрушения. Расчету подлежат результаты испытаний только тех образцов, разрушение которых произошло в области, отстоящей не менее трети расчетной длины от ее границ.

Рекомендуется также определять относительное остаточное удлинение A на базовой длине 80 мм как стандартную характеристику, по которой дополнительно можно проверить качество проведенного эксперимента.

(6)

Рис.4

Диаграммы растяжения образцов, ориентированных в одном направлении, аппроксимируют уравнением Свифта (1). Аппроксимация производится методом наименьших квадратов с помощью вычислительной программы. Для подготовки входных данных с каждой кривой растяжения (рис.4) снимают координаты 1000-5000-ти точек через равные интервалы по времени. Точка диаграммы, соответствующая пределу текучести, является первой в этом диапазоне, а пределу прочности - последней. Кроме того, для каждой кривой вводят: наибольшую нагрузку F_m в Ньютонах, абсциссу остаточного удлинения l_r , площадь поперечного сечения S₀, расчетную длину образца после разрушения l_u и абсциссу, соответствующую равномерному удлинению l_g.

На выходе программы получают все перечисленные характеристики материала (2)-(5) и параметры уравнения (1). Результаты выдаются в виде средних арифметических характеристик и их среднеквадратических отклонений.

Ниже приводится протокол испытания, который заполняется как на стадии измерения исходных размеров образца, так и после записи диаграммы растяжения и измерения образца после разрушения.

Протокол испытания на одноосное растяжение

Ф.И.О. Дата .

Материал № образца .

Состояние Место разрушения .

Скорость деформирования .

Таблица 1

Поперечное сечение		Расчетная длина	1-база вдоль	1-база поперек	2-база вдоль	2-база поперек
		Перед началом испытания
		После разрушения