1.6. Испытание на изгиб

Применение испытаний на изгиб обусловлено широкой распространенностью этой схемы нагружения в реальных условиях эксплуатации.

При испытаниях на изгиб применяют две схемы нагружения образца , лежащего на неподвижных опорах:

1. нагрузка прикладывается сосредоточенной силой на середине расстояния между опорами (рис.11, а)

2. нагрузка прикладывается в двух точках на одинаковом расстояний от опор (рис.11, б)

Рис. 11. Схема изгиба сосредоточенной силой (а) и двумя сосредоточенными нагрузками (б) с эпюрами изгибающего момента М.

Первая схема легче реализуется, а вторая- дает более надежные результаты.

В изгибаемом образце создается неоднородное напряженное состояние, зависящее от геометрии образца и способа нагружения. При чистом изгибе узких образцов с прямоугольным сечением напряженное состояние можно считать линейным. В широких образцах (с отношением ширины к высоте сечения более трех) при обеих схемах изгиба создается двухосное напряженное состояние из-за затруднения поперечной деформации .Нижняя часть образца оказывается растянутой, верхняя- сжатой.

Испытания на изгиб можно проводить на любой универсальной испытательной машине, используемой для испытаний на растяжение .При этом получают диаграмму изгиба в координатах нагрузка P- стрела прогиба f. Для пластичного материала диаграмма изгиба выглядит так, как показано на (рис. 12.).

Если материал хрупкий, то кривая обрывается в точке b. Знание величины нагрузок Pпц, Pупр, Pт, Pb позволяет определять пределы пропорциональности, упругости, текучести и прочности при изгибе.

Рис.12. Диаграмма изгиба

Из-за неравномерности распределения напряжений по сечению изгибаемого образца определяют два предела текучести - номинальный и реальный.

Номинальный предел текучести при изгибе рассчитывают по формулам сопромата, предполагая, что напряжения линейно возрастают от оси образца до его поверхности, где и достигается заданный допуск на удлинение. Реальный предел текучести определяют с учетом действительного распределения напряжений по сечению как истинное напряжение, при котором в поверхностных волокнах возникает остаточная деформация заданной величины.

При испытаниях на изгиб, как и в случае сжатия, достаточно пластичные материалы не разрушаются.

Простота испытания на изгиб и наглядность получаемых при этом характеристик пластичности привели к разработке ряда технологических проб, которые применяются в заводских условиях. Задача всех проб- оценить пластичность деформированных материалов.

Критерием годности продукции может быть: а) заданный угол загиба образцов (рис 13 а.); б) появление первой трещины после загиба на угол , равный или больший заданного; в) возможность загиба пластины до параллельности (рис. 13. в) или соприкосновения сторон (рис .13.г).

Рис.13. Технологическая проба на изгиб.

а- образец перед испытаниями; б- загиб до определенного угла; в- загиб до параллельности сторон; г-загиб до соприкосновения сторон.

1.7. Испытания на кручение

Кручение осуществляется двумя разными по величине и противоположно направленными моментами, которые прикладываются к концам образца в плоскостях, нормальных его продольной оси. При испытаниях на кручение до разрушения можно довести любой материал.

Максимальные касательные напряжения при кручении действуют в плоскостях перпендикулярных оси образца, наибольшее нормальное напряжение- под углом 45 причем = После разрушения срезом и отрывом получаются характерные формы излома (рис.14 . ).

Рис.14. Вид образцов разрушенных при кручении путем среза (а) и отрывом (б)

При кручении сохраняется напряженное состояние на все длине скручиваемого образца от начала испытаний до момента разрушения.

Испытания на кручение проводят на специальных машинах, которые должны обеспечивать надежную центровку образца, плавность нагружения и отсутствие изгибающих усилий, возможностью достаточно точного задания и измерения величины крутящего момента. Используются машины с вертикальным и горизонтальным расположением образца.

На рисунке схематично показана испытательная машина с горизонтальным расположением образца и маятниковым силоизмерителем.

Рис.15.Схема горизонтальной машины для испытаний на кручение.

В качестве меры деформации в процессе испытания фиксируется угол закручивания .Для точного измерения этого угла , особенно в области малых деформаций, рекомендуется использовать зеркальный прибор Мартенса. Сейчас для этой цели используют очень точные электронные датчики углов поворота.

Рис.16. Схема измерения угла закручивания зеркальным прибором Мартенса.

Зная текущие значения крутящего момента и угла закручивания, можно построить диаграмму кручения в координатах Мкр- (рис.17. ).

Рис.17. Диаграмма кручения.

Эта диаграмм состоит из участка упругой (Ор) и пластической (рк) деформации. Из-за отсутствия значительного местного сужения ниспадающего участка на диаграмме кручения не бывает, хотя после образования первых трещин деформация становится неравномерной, сосредотачиваясь вблизи излома.

По аналогии с другими статическими испытаниями при кручении определяют условные пределы пропорциональности, упругости, текучести и прочности. Но все эти свойства выражают не через нормальные, а через касательные напряжения.

Вопросы для самоподготовки:

1. Какие виды испытаний материалов бывают?

2. Виды образцов для испытаний на растяжение?

3. Типы испытательных машин?

4. Что такое «горячее» испытание?

5. Как выполняют испытания при низких температурах?

6. Какие характеристики материалов получают при растяжении?

7. Требования к образцам, испытуемых на сжатие?

8. Какие схемы установок используют для испытания на изгиб?

9. Как разрушаются образцы при кручении?

10. Виды образцов, испытуемых на кручение?

11. Чем измеряется угол закручивания при испытаниях на кручение?