Ewa Kania

nr indeksu: 185784

Grupa XI śr: 15:15-16:45

data wykonania ćwiczenia: 19.10

LABORATORIUM MECHANIKA I WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW

Ćwiczenie nr 3

„Statyczna próba rozciągania”

1. Stanowisko badawcze

• statyczną próbę rozciągania przeprowadzono na maszynie MTS 858 Mini Bionix

• próbki mocowano w maszynie za pomocą uchwytów hydraulicznych

• pomiary wykonano w próbie jednoosiowego rozciągania dla wartości prędkości rozciągania v=10mm/min – folia aluminiowa oraz v=20mm/min – nić dentystyczna

2. Schemat próbek

2.1 Wymiary próbki folii aluminiowej

L₀=50mm

a=0,019mm

b=5mm

2.2 Wymiary nici dentystycznej

L₀=50mm

d=0,379mm

3. Przebieg ćwiczenia

3.1 Rozciąganie folii aluminiowej

moduł Younga E [GPa]	granica sprężystości R0,05[MPa]	granica plastyczności R0,2[MPa]	wytrzymałość na rozciąganie Rm [MPa]	naprężenie zrywające Ru[MPa]
4,12	30	36	38	38

Tab. 1 Wyniki pomiarów dla folii aluminiowej

Obliczenia:

• moduł Younga: jest równy współczynnikowi kierunkowemu prostej określającej pierwszy liniowy odcinek powyższego wykresu, wzór prostej został wygenerowany za pomocą aproksymacji liniowej w Excelu

σ=E*ε

wzór prostej: y = 4115,8x - 0,5686

E=4115,8 MPa≅4,12GPa

• granica sprężystości R_0,05: znając jeden punkt należący do prostej, tj (0,0005;0) oraz współczynnik kierunkowy (moduł Younga) można z łatwością wyznaczyć wyraz wolny prostej wyznaczającej R_0,05, oraz tym samym granicę proporcjonalności; R_0,05 znajduje się w miejscu przecięcia się prostej równoległej z wykresem rozciągania

wzór prostej: y=4115,8x-2,0579

R_0,05≅29,84MPa≅30MPa

• granica plastyczności R_0,2: wyznaczono analogicznie do R_0,05, z tym że poszukiwano prostej przechodzącej przez punkt (0,002,0)

wzór prostej: y= 4115,8x - 8,2316

R_0,2≅35,89474MPa≅36MPa

• wytrzymałość na rozciąganie: maksymalna wartość naprężenia daje R_m

R_m= 37,84211MPa≅38MPa

• naprężenie zrywające: wartość naprężenia bezpośrednio przed zerwaniem

R_u=37,84211MPa≅38MPa

3.2 Rozciąganie nici dentystycznej

Wykres 3. Wykres pomocniczy do określenia granicy plastyczności i sprężystości

moduł Younga E [GPa]	granica sprężystości R0,05[MPa]	granica plastyczności R0,2[MPa]	wytrzymałość na rozciąganie Rm [MPa]	naprężenie zrywające Ru[MPa]
1,023	70	78	126	122

Tab. 2 Wyniki pomiarów dla nici dentystycznej

4. Wnioski

• folia aluminiowa – wykres rozciągania dla folii aluminiowej jest krzywą monotoniczną. Oznacza to, że jest to wykres typowy dla materiału bez wyraźnej granicy plastyczności , dlatego też granice plastyczności wyznaczono na podstawie umownej granicy plastyczności. Folia aluminiowa składa się głównie z aluminium oraz polietylenu. Wyznaczona wartość modułu Younga jest prawie czterokrotnie większa od modułu zarówno aluminium (E=0,72GPa) [2], jak i modułu polietylenu (E=0,88GPa)[3]. Wytrzymałość na rozciąganie jest bardzo zbliżona do wartości charakterystycznej dla polietylenu[3], natomiast aż ok. 60 razy mniejsza od aluminium [2]. Warto też zauważyć, że w naszym przypadku wytrzymałość na rozciągnie dla folii jest równe napięciu zrywającemu. Oznacza to, że nie wystąpił etap tworzenia się tzw. szyjki w wyniku którego następuje obniżenie wartości siły przenoszonej przez próbkę przy znacznym wzroście wydłużenia [5]. Różnice w wyznaczonych wielkościach z wielkościami podanymi w tablicach wzorcowych (załączonych w Załączniku nr 1), mogą wynikać z różnej zawartości polietylenu i aluminium w próbce, dodatkowych substancji w składzie, różnej prędkości rozciągania, złego zamocowania próbki, innych wymiarów próbki.

• nić dentystyczna - wykres rozciągania dla nici dentystycznej jest również krzywą monotoniczną, lecz z wyraźnie dłuższym etapem płynięcia. Napięcie zrywające w tym wypadku jest mniejsze od wytrzymałości na rozciąganie. Nić dentystyczna zawiera w swym składzie głównie polimer o nazwie nylon, który należy do poliamidów albo teflon [4]. Oprócz tego obecna jest także parafina oraz substancje aromatyzujące. Wyznaczony moduł Younga jest bliższy modułowi dla poliamidu. Mogłoby to wskazywać, że jest to nić nylonowa. Wytrzymałość na rozciąganie jest jednak 3,5 krotnie większa niż dla poliamidu, ale też 4,5 krotnie większa niż dla teflonu. Na tę różnicę, może mieć wpływ obecności parafiny oraz innych dodatkowych substancji, a także prędkość rozciągania, sposób zamocowania próbki, wymiar próbki.

5. Bibliografia

1. http://ecorproduct.maxtrader.pl/pl/1,2,1,13988,3,0,-1,-1,0,13107,0/Folia+aluminiowa+nakrywkowa.html

2. http://www.ely.pg.gda.pl/kmiiwn/dydaktyka/MCS/wytrz.pdf

3. http://winntbg.bg.agh.edu.pl/rozprawy/9754/full9754.pdf

4. http://www.enotes.com/how-products-encyclopedia/dental-floss

5. Lewiński J., „Podstawy mechanika. Statyka i wytrzymałość materiałów”, Warszawa 2006

Załącznik nr 1