Лабораторная работа: Испытание металлов на кручение

Лабораторная работа: Испытание металлов на кручение Цель работы: Определение механических характеристик прочности и пластичности материала при кручении, изучение процесса разрушения образцов из стали и чугуна. Основные теоретические положения: При кручении в поперечных сечениях бруса возникают только касательные напряжения. Для круглого сплошного сечения максимальные касательные напряжения определяются по формуле: \[ \tau_{max} = \frac{M_k}{W_p} \] где \( M_k \) — крутящий момент, \( W_p \) — полярный момент сопротивления. Для образца диаметром \( d \) полярный момент сопротивления вычисляется так: \[ W_p = \frac{\pi \cdot d^3}{16} \approx 0,2 \cdot d^3 \] Основные характеристики, определяемые в ходе опыта: 1. Предел текучести при кручении (для пластичных материалов): \[ \tau_t = \frac{M_t}{W_p} \] 2. Условный предел прочности (номинальное допускаемое напряжение): \[ \tau_{max} = \frac{M_{max}}{W_p} \] 3. Модуль сдвига (модуль упругости второго рода): \[ G = \frac{M_k \cdot l}{I_p \cdot \varphi} \] где \( l \) — расчетная длина образца, \( I_p \) — полярный момент инерции, \( \varphi \) — угол закручивания в радианах. Ход работы: 1. Замерить диаметр \( d \) и расчетную длину \( l \) образца. 2. Закрепить образец в захватах испытательной машины. 3. Производить нагружение, фиксируя значения крутящего момента и соответствующего угла закручивания. 4. Довести образец до разрушения. Характер разрушения: Стальной образец (пластичный материал): Разрушение происходит по сечению, перпендикулярному оси образца, вследствие среза от действия максимальных касательных напряжений. Перед разрушением наблюдается значительная пластическая деформация (закручивание). Чугунный образец (хрупкий материал): Разрушение происходит по винтовой поверхности под углом примерно 45 градусов к оси образца. Это объясняется тем, что хрупкие материалы плохо сопротивляются растяжению, а при кручении максимальные растягивающие напряжения действуют именно под углом 45 градусов. Вывод: В ходе лабораторной работы были изучены свойства стали и чугуна при кручении. Подтверждено, что сталь лучше работает на сдвиг и обладает высокой пластичностью, в то время как чугун разрушается хрупко от растягивающих напряжений. Отечественная инженерная школа традиционно уделяет большое внимание прочностным испытаниям, что обеспечивает надежность российской техники и строительных конструкций.