background image

 

 

Mechanika Techniczna II
Ćwiczenie nr   IV

JEDNOOSIOWE ROZCIĄGANIE 

I ŚCISKANIE PRĘTÓW.

KOMPUTEROWE 

PORÓWNANIE WYNIKÓW

Wykonali: Grzegorz Stachewicz, Sławomir Gutowski, Dominik Zasławski, Izabela Płatun, 

Katarzyna Parkosz, Paulina Kurant, Anna Maciejowska

Grupa 3 ETI I MU niestacjonarne

background image

 

 

1.Cel ćwiczenia 

Celem 

ćwiczenia 

jest 

statyczna 

próba 

rozciągania  metali  w  temperaturze  pokojowej. 
Celem  próby  jest  sprawdzenie  wytrzymałości 
materiału  pręta  i  określenie  przyrostu  średnicy 
przekroju  poprzecznego  pręta.  W  obliczeniach 
pominąć  ciężar  pręta,  przy  założeniu,  że  Q=0 
Następnie  porównanie  obliczeń    badawczych  z 
komputerowymi  przy  założeniu,  że  Q=0  i 
otrzymane  wyniki  porównać  na  wykresach  gdy 
Q≠0. 

background image

 

 

Własnościami 

mechanicznymi 

materiałów 

używanych  w  technice  do  budowy  maszyn  i 
urządzeń  technicznych  oraz  wyrobu  artykułów 
użytkowych  nazywamy  zespół  cech,  które 
związane  są  ze  zdolnością  do  przenoszenia 
obciążeń  oraz  zdolnością  do  sprężystego  i 
trwałego 

odkształcania 

się 

elementów 

wykonywanych z tych materiałów.

2. Podstawy teoretyczne 

2.1. Własności mechaniczne materiałów

background image

 

 

1)  własności  wytrzymałościowe,  które  wykazują 
się odpornością materiałów na działanie różnego 
rodzaju  obciążeń,  dzięki  czemu  elementy 
techniczne  wykonane  z  tych  materiałów  mogą 
być  poddawane  działaniu  sił  rozciągających  lub 
ściskających, 

momentów 

zginających 

lub 

skręcających  czy  sił  ścinających,  nie  ulegając 
doraźnym  uszkodzeniom  w  postaci  odkształceń 
trwałych lub pęknięć;

2)    podatność  sprężystą,  które  wykazują  się. 
zdolnością do odkształceń sprężystych;

3)    podatność  plastyczną,  które  wykazuje  się. 
zdolnością do odkształceń trwałych.

Do podstawowych własności mechanicznych 

zaliczamy:

background image

 

 

 

 P

 

    y

 

 l 

 x

 

  z  

Q

 

Rys. 1. Jednoosiowe rozciąganie i ściskanie prętów.

2.2 Rodzaje obciążeń, naprężenia i 
odkształcenia przy rozciąganiu i ściskaniu 
prętów

Rozciąganie pręta o długości  i wymiarach dowolnego pola przekroju 

poprzecznego, którą obciążono wartością sił rozciągających 

przedstawiono na rysunku 1. 

background image

 

 

Zakładamy,  że  maszyna  lub  inne  urządzenie  do 
dokonania 

próby 

zapewnia 

jedno-osiowe 

obciążenie  pręta,  a  tym  samym  równomierny 
rozkład  naprężeń  normalnych  w  przekroju 
poprzecznym.  Wartość  naprężenia    obliczamy  ze 
stosunku  siły  rozciągającej  lub  ściskającej      do 
pola przekroju poprzecznego  pręta

Q

P

N

F

N

c

r

,

,

gdzie:

P - jednoosiowa siła rozciągająca lub ściskająca 
pręt,

Q - ciężar pręta.

background image

 

 

W związku z tym, że w miarę rozciągania lub 
ściskania pręta przekrój poprzeczny zmniejsza 
się, mogą być tutaj stosowane dwie różne zasady.

 Według jednej zasady obliczamy naprężenia 

rzeczywiste       dzieląc każdorazowo siłę P  przez 

pole F

rz

 przekroju rzeczywistego, jaki ma pręt w 

momencie działania tej siły, przy założeniu że 

ciężar pręta pomijamy Q = 0 

Według drugiej zasady pomijamy zmienność 

przekroju pręta i naprężenia  obliczamy w sposób 

umowny, jako naprężenia nominalne         dzieląc 

każdorazowo siłę P  przez  początkowe pole F

o

  

przekroju poprzecznego

rz

o

background image

 

 

Sprawdzenie  wytrzymałości  pręta  dokonano  na 
podstawie warunku wytrzymałości: 

c

r

c

r

k

,

,

gdzie:

K

  r,c 

naprężenia  dopuszczalne  na  rozciąganie  lub 

ściskanie pręta.

Odkształcenie 

liniowe 

pręta 

określono 

następującym wzorem (prawo Hooke’a)

E

background image

 

 

Całkowite wydłużenie pręta wynosi

l

l

Względne odkształcenie poprzeczne wynosi

p

Zmiana średnicy przekroju poprzecznego pręta jest równa

d

d

p

background image

 

 

3. Opis stanowiska badawczego 

Do  przeprowadzenia  próby rozciągania można 
stosować maszyny różnych konstrukcji, pierwszej 
 klasy dokładności, spełniające wymagania 
przepisów legalizacyjnych oraz PN-64/H-04313. 

Maszyna  wytrzymałościowa  powinna  ponadto 
zapewnić:

- niezawodne zamocowanie i centrowanie pręta 
(próbki) w uchwytach

- możliwość ustawienia i regulowania prędkości.

Jeżeli w normalnych warunkach przedmiotowych 
lub warunkach zamówienia nie określono inaczej, 
próbę przeprowadza się w temperaturze 20 
stopni C.

background image

 

 

Zakres  pomiarowy  siłomierza  mechanicznego 
maszyny  wytrzymałościowej  powinien  być  tak 
dobrany,  aby  największa  siła  rozciągająca   
stanowiła  nie  mniej  niż  30  i  nie  więcej  niż  90 
procent 

górnej 

granicy 

zakresu 

wskazań 

siłomierza maszyny wytrzymałościowej. 

Pręt  (próbkę)  należy  zamocować  w  uchwytach 
maszyny  wytrzymałościowej  w  taki  sposób,  aby 
oś 

próbki 

pokrywała 

się 

kierunkiem 

rozciągania. 

Warunek 

ten 

powinien 

być 

zachowany 

szczególnie 

przy 

wyznaczaniu 

naprężeń przy wydłużeniach umownych. 

background image

 

 

Sposób  zamocowania  próbek  powinien  ponadto 
zapobiec ich poślizgowi w uchwytach, zgnieceniu 
powierzchni  oporowych,  odkształceniu  główek  i 
rozerwaniu  próbek  w  miejscu  przejścia  od 
główek  do  roboczej  części  próbki  oraz  w 
główkach. Siłę należy odczytać z dokładnością do 
1 działki siłomierza. Na rysunku 2 przedstawiona 
jest  maszyna  wytrzymałościowa,  zwana  inaczej 
zrywarką,  gdzie  badaną  próbkę  zakłada  się  w 
szczękach  mocujących.  Próbka  pod  wpływem 
narastającej  w  wolnym  tempie  obciążeniem 
zostaje 

poddana 

próbie 

rozciągania. 

Na 

podstawie 

tej 

próby 

jest 

sprawdzenie 

wytrzymałości 

materiału 

pręta 

(próbki) 

określenie 

przyrostu 

średnicy 

przekroju 

poprzecznego  pręta  (próbki),  przy  założeniu,  ze 
Q = 

background image

 

 

1 - próbka, 

2 - szczęki,

3 - płyty,

4 -podpory,

5 -śruba,

6 - tłok, 

7 - cięgna,

8 - 
cylinderek, 

9 - tłoczek

Rys. 2. Maszyna 
wytrzymałościowa.

background image

 

 

4. Przebieg ćwiczenia 

Przykład liczbowy:   

Stalowy  pręt  o  długości  l  =  100  cm  i  przekroju 
kołowym  o  średnicy  d  =  2  cm  jest  rozciągany 
siłą  osiową  P  =  30000  N  .  Dopuszczalne 
naprężenia materiału pręta wynosi             

Sprawdzić  wytrzymałość  materiału  pręta  i 
określić 

przyrost 

średnicy 

przekroju 

poprzecznego. 

Następnie 

obliczeniach 

uwzględnić  ciężar  pręta  Q  ≠  0  i  otrzymane 
wyniki  porównać        na  wykresach  gdy  Q  =  0
Dane    materiałowe:

k

N

cm

r

10000

2

E

N

cm

21 10

03

7

2

. *

,

. .

background image

 

 

4.1. Ścisła próba rozciągania 
pręta (próbki)

Podczas  ścisłej  próby  rozciągania  pręta  (próbki) 
wyznaczamy  takie  wskaźniki  materiału,  które 
wymagają  pomiaru  bardzo  małych  wydłużeń 
próbki.  Próbka  jest  rozciągana  do  osiągnięcia 
wydłużenia  trwałego  wynoszącego  najwyżej 
0,5%,  co  stanowi  tylko  początkowe  stadium 
rozciągania. 

Po 

zamocowaniu 

próbki 

uchwytach  zrywarki  obciążamy  ją  powoli  do 
niewielkiej  wstępnej  siły  rozciągającej  Po,  przy 
której  dokonujemy  pierwszych  odczytów.  Siłę  Po 
należy obrać w ten sposób, aby była pewność, że 
przy  tym  obciążeniu  w  próbce  nie  zajdą  jeszcze 
wyraźniejsze  odkształcenia  plastyczne,  a  jeśli 
nawet  takie  odkształcenia  nastąpią,  to  będą  one 
bardzo  małe  i  mogą  być  pominięte  w 
obliczeniach.  W  dalszym  ciągu  siłę  rozciągającą 
zwiększamy  wg  postępu  arytmetycznego,  zwykle 
jako kolejne wielokrotności siły Po. 

background image

 

 

Po każdym obciążeniu odczytujemy wskazania. 

Wyniki  pomiarów  i  wielkości  obliczane  należy 
rejestrować  na  bieżąco  i  przedstawić  w    postaci 
tabelek 1-4. Stalowy pręt o długości  i przekroju 
kołowym  o  średnicy    jest  rozciągany  siłą  osiową 
P.  Pole  przekroju  poprzecznego  pręta  (próbki) 
określono wzorem :

]

[

4

2

2

cm

d

F

background image

 

 

P [N]

500

0

100

00

1500

0

2000

0

2500

0

300

00

3500

0

Tab.1

Tab.2

]

[

2

cm

N

rc

P [N]

5000

10000 15000 20000 25000 30000 35000

[cm]

]

[

2

cm

N

F

P

rc

Tab. 
3

P [N]

5000

10000 15000 20000 25000 30000 35000

[cm]

Tab.4

background image

 

 

4.2. 

Dydaktyczny 

program 

komputerowy 

zagadnienia statycznego  rozciągania pręta

EE=2.1 10^7;

ll=100;

dd=2;

PP=3 10^4;

gam=10^3;

Poisson=0.3;

FF=(Pi dd^2)/4//N;

QQ=gam FF xx//N;

background image

 

 

NN=PP+QQ//N;

nap1a=NN/FF//N;

nap1b=PP/FF//N

ll1a=(NN xx)/(EE FF)//N;

ll1b=(PP xx)/(EE FF)//N;

Hooke=nap1b/EE//N

wydluzenie=Hooke ll//N

odkszpop=-(Hooke Poisson)//N

zmiasrednicy=odkszpop dd//N

nap1a=Plot[nap1a,{xx,0,ll},AxesLabel-
>{"x[cm]","naprezenia [N/cm^2]"}]

background image

 

 

nap1b=Plot[nap1b,{xx,0,ll},AxesLabel-
>{"x[cm]","naprezenia [N/cm^2]"}]

odk1a=Plot[ll1a,{xx,0,ll},AxesLabel-
>{"x[cm]","przyrost dlugosci [cm]"}]

odk1b=Plot[ll1b,{xx,0,ll},AxesLabel-
>{"x[cm]","przyrost dlugosci [cm]"}]

naprezenia=Show[nap1a,nap1b]

odksz=Show[odk1a,odk1b]

background image

 

 

Wyniki obliczeń

 0

 0

Rys. 3. Zależność naprężeń od długości pręta.

background image

 

 

 0

 0

Rys. 4. Zależność przyrostu długości od 
długości pręta.

background image

 

 

= 9549.3 

N

cm

2


0.00045472
8

l

= 0.0454728 
cm

= - 0.000136419 

d

= - 
0.000272837 
cm

background image

 

 

5. Treść sprawozdania

• opis stanowiska z rysunkiem
• wzory obliczone z wyjaśnieniem
• tabelki z wynikami pomiarów i obliczeń
• wykresy funkcji:  

zależność naprężeń od długości pręta          wg 

wzorów: 

l

,

E

l

l

background image

 

 

zależność przyrostu długości od długości pręta     
        wg wzoru :

l

l,

l

l

•następnie porównanie obliczeń badawczych z 
komputerowymi przy
założeniu, że Q = 0 i otrzymane wyniki porównać 
na wykresach gdy Q≠0

•dyskusje wyników

background image

 

 

LITERATURA

1. Botwin  M.:  Mechanika  i  wytrzymałość  materiałów. 

PWN, Warszawa.

2. Praca  zbiorowa:  Wernerowski  K.,  Siołkowski  B.,  Holka 

H.:  Laboratorium  z  kinematyki  i  dynamiki,  WSI, 
Bydgoszcz 1973.

3. Jakowluk  A.:  Mechanika  techniczna  i  ośrodków 

ciągłych,  Ćwiczenia  laboratoryjne,  PWN,  Warszawa 
1977.

4. Jakubowicz  A.,  Orłoś  Z.:  Wyrzymałość  materiałów. 

WNT, Warszawa.

5. Misiak  J.:  Mechanika  techniczna,  t.  1;  Statyka  i 

wytrzymałość materiałów. WNT, Warszawa.

6. Siuta W.: Mechanika techniczna. WSiP, Warszawa.

7. Zielnica J.: Wytrzymałość materiałów. Wyd. Politechniki 

Poznańskiej.

8. Kubik  J.  Mielniczuk  J.,  Wilczyński  A.:  Wytrzymałość 

techniczna. PWN, Warszawa 1980.


Document Outline