CƠ SỞ LÝ THUYẾT Dựa theo đồ thị nén mẫu sau đây : Đồ thị nén mẫu thép Đồ thị nén mẫu gang III... Đánh giá phẩm chất của vật liệu dựa theo bảng tiêu chuẩn vật liệu Gang có độ bền cao
Trang 1Bài 1 NÉN ĐÚNG TÂM
I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
• Quan sát mối quan hệ giữa P và ∆L
• Xác định các đặc trưng cơ học của vật liệu
o
ch
ch Α
Ρ
=
o
b
b Α
Ρ
= σ
o
ph
ph Α
Ρ
= σ
(
4
2
d
o
π
=
II CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Dựa theo đồ thị nén mẫu sau đây :
Đồ thị nén mẫu thép Đồ thị nén mẫu gang
III MẪU THÍ NGHIỆM
Điều kiện mẫu 1≤ ≤2
o
o
d
h
Lớp Đại Học Xây Dựng 3 1 Nguyễn Văn Trường An
O
O
L
∆
L
∆
ch
Ρ
tl
Ρ
b
Ρ
o
h
o
d
Trang 2IV CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM
• Đo ho , do ( lấy giá trị trung bình )
• Tính Ao , định cấp tải Pcấptải > Ao.σb
Vậy lấy Pcấptải = 10000 kg
• Lập bảng kết quả
Mẫu ho(mm) do(mm) Ao(mm2) Ptl(kg) Pch(kg) Pb(kg) Ppháhủy(kg)
IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1 Tính các giá trị giới hạn của vật liệu dòn , dẻo
* Gang :
* Thép :
2 Vẽ dạng phá hủy của mẫu
3 Vẽ đồ thị nén mẫu
2
/ 3 , 123 49
6040
mm kg
o
b
Α
Ρ
=
σ
2 2
2
49 4
) 9 , 7 (
14 , 3
d o
Α π
2 2
2
9 , 84 4
) 4 , 10 (
14 , 3
d o
Α π
2
/ 2 , 54 9 , 84
4600
mm kg
o
ch
Α
Ρ
= σ
2
/ 6 , 76 84,9
6500
mm kg
o
ph
Α
Ρ
=
σ
Trang 34 Nhận xét
a Đánh giá phẩm chất của vật liệu ( dựa theo bảng tiêu chuẩn vật liệu )
Gang có độ bền cao σb =123,3kg/mm2có mác gang Β' 120-4 Ι
Thép có tỷ lệ mangan tăng nhóm II σch =54,2kg/mm2 có mác thép 70Γ
b Đánh giá quá trình tiến hành thí nghiệm ( sai số , mô tả máy , mô tả dụng cụ đo … ) Sai số :
+ Sai số của thước kẹp : ±0,02 mm
+ Sai số của máy đo : ±20 kg
Mô tả máy :
Máy đo gồn 2 bộ phận : bộ phận cơ học và bộ phận hiển thị kết quả
+ Bộ phận cơ học gồm các động lực chính , phần điều khiển hệ thống thủy lực , phần điều khiển tốc độ tăng tải và phần điều khiển cấp tải
+ Bộ phận hiển thị kết quả gồm mặt đồng hồ hiển thị kết quả và 2 kim chỉ áp lực ( kim đỏ
và kim đen )
Mô tả dụng cụ đo : dụng cụ đo là một thước kẹp có sai số là ±0,02 mm khi tiến hành đo phải dùng tay để điều chỉnh thước kẹp
Tóm lại : Khi tiến hành thí nghiệm chủ yếu dùng mắt thường để quan sát và thu kết quả , phần lớn tiến hành thí nghiệm với những dụng cụ và thiết bị đã cũ nên không tránh khỏi những sai số không mong muốn
Lớp Đại Học Xây Dựng 3 3 Nguyễn Văn Trường An
L
Trang 4Bài 2 KÉO ĐÚNG TÂM
I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
* Quan sát mối quan hệ giữa P và L∆
* Xác định các đặc trưng cơ
o
tl
tl Α
Ρ
=
o
ch
ch Α
Ρ
=
o
b
b Α
Ρ
= σ
* Xác định các đặc trưng tính dẻo của kim loại
- Độ giãn dài tỉ đối % 1 100%
o
o
L
L
= δ
- Độ thắt tỉ đối % 1100%
o
o
Α
Α
− Α
= ψ
II CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Dựa theo đồ thị kéo mẫu thí nghiệm vật liệu dẻo và dòn
Đồ thị kéo thép CT3 Đồ thị kéo gang
II MẪU THÍ NGHIỆM
Điều kiện mẫu Lo = 10 do
b
Ρ
ΑC
ch
Ρ
tl
Ρ
Ο
b
Ρ
L
∆
L
∆ Ο
D
E
o
L
h
L
o
d
Trang 5III CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM
* Đo kích thước mẫu ( Lo , do )
* Dự đoán σb để định cấp tải trọng : Pcấptải > σb.Αo
Vậy , lấy Pcấptải = 10000 kg
* Lập bảng ghi kết quả
Mẫu Lo (mm) do (mm) Ptl (kg) Pch (kg) Pb (kg) L1 (mm) d1 (mm)
V KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1 Tính σtl , σch , σb , δ% , %ψ
Cách đo chiều dài L1
* Gọi x là khoảng cách từ chỗ đứt đến vạch giới hạn gần nhất
- Trường hợp 1 :
3
2 3
1
l x
l < < thì l1 là khoảng cách giữa 2 vạch giới hạn l1 = AB
- Trường hợp 2 :
x < 1
3
1
l ( hình 3 )
Gọi N số khoảng chia giữa AD
Gọi n số khoảng chia giữa AB với BE < AE
* Nếu ( N-n ) là số chẵn thì lấy
l1 = AB + 2BC với BC =
2
n
khoảng chia
* Nếu ( N-n ) là số lẻ thì lấy với BC’=
2
1
−
−n N
BC” =
2
1 +
−n N
Hình 2
Hình 3
Lớp Đại Học Xây Dựng 3 5 Nguyễn Văn Trường An
1
l
1
3 /
1 l
x>
Trang 6Hình 4
* Gang :
* Thép :
2 Vẽ đồ thị thực tế khi kéo các mẫu , nhận xét , so sánh với lý thuyết đã học
2 2
2
5 , 78 4
) 10 ( 14 , 3
d o
2 2
2 1
4
) 9 , 9 ( 14 , 3
=
Α π
2 2
2
57 4
) 52 , 8 ( 14 , 3
d o
Α π
2 2
2 1
4
) 9 , 4 ( 14 , 3
=
Α π
% 3 , 0
% 100 5
, 116
5 , 116 8 , 116
% 100
o
o
L
L L
δ
% 1 , 15
% 100 4 , 129
4 , 129 149
% 100
o
o
L
L L
δ
% 7 , 67
% 100 57
4 , 18 57
% 100
Α
Α
− Α
=
o
o
ψ
2
/ 9 , 44 57
2560
mm kg
o
b
Α
Ρ
= σ
n (N−n) / 2
N
2
/ 2 , 12 5 , 78
960
mm kg
o
b
Α
Ρ
= σ
% 04 , 2
% 100 5
, 78
9 , 76 5 , 78
% 100
Α
Α
− Α
=
o
o
ψ
2
/ 8 , 29 57
1700
mm kg
o
tl
Α
Ρ
= σ
2
/ 6 , 31 57
1800
mm kg
o
ch
Α
Ρ
= σ
Trang 7
Nhận xét :
- Với mẫu dẻo :
• Giai đoạn tỉ lệ : quan hệ giữa P và L là quan hệ tuyến tính
• Giai đoạn chảy : P tăng chậm nhưng biến dạng nhanh
• Giai đoạn bền : P tăng lên đến Pmax thì có một chỗ trên mẫu thí nghiệm bắt đầu thắt lại , sau đó lực kéo không tăng nhưng L vẫn tăng đến khi đứt gãy
- Với mẫu dòn : Chỉ có giai đoạn bền : p tăng nhanh đến cực đại làm mẫu bị đứt trong khi biến dạng rất nhỏ
So sánh :
• Khả năng chịu kéo của thép lớn hơn gang rất nhiều , gang có nhiều tạp chất và không đồng nhất
• Vật liệu dòn khi chịu kéo dở hơn chịu nén rất nhiiều thường bị phá hỏng đột ngột khi
độ giãn dài tương đối còn rất bé
3 Vẽ dạng phá hủy của mẫu
* Thép :
* Gang :
4 Đánh giá phẩm chất của vật liệu ( dựa theo bảng tiêu chuẩn của vật liệu )
Gang có σb= 12.2kg/mm2có mác gang CI 12-28
Thép σb =44.9kg/mm2 thép có tỷ lệ mangan bình thường nhóm I , có mác thép 20
Thép σch =31.6kg/mm2thép có tỷ lệ mangan bình thường nhóm I , có mác thép 30
Lớp Đại Học Xây Dựng 3 7 Nguyễn Văn Trường An
Ρ Ρ
b
Ρ
tl
Ρ
Ο
L
∆
ch
Ρ
L
∆ Ο
b
Ρ
Trang 8I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
- Kiểm tra công thức tính chuyển vị : độ võng V(y) và góc xoay V’(ϕ) theo công thức lý thuyết và trực tiếp bằng đồng hồ đo chuyển vị với độ chính xác 0.01 mm
- Tính môđun đàn hồi dọc E của vật liệu
II CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Dựa trên công thức lý thuyết tính chuyển vị của dầm đặt trên 2 gối tựa chịu lực nén tập trung tại giữa nhịp :
+ Độ võng tại điểm C :
x C
J
l y
Ε
Ρ
= 48
3
+ Góc xoay tại 2 mặt cắt A và B :
+ Tính môđun đàn hồi dọc E của vật liệu :
III MẪU THÍ NGHIỆM
Là những mẫu thép tiết diện hình chữ nhật
IV CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM
* Đo các kích thước mẫu :
b = 39.64 mm h = 8.84 mm
* Tính Pmax để sao cho vật liệu làm việc trong miền đàn hồi ( Pmax < Ptl )
Vậy lấy Pmax = 10000 kg
* Bố trí và tiến hành thí nghiệm
x B
A
J
l
Ε
Ρ
=
= 16
2
φ ϕ
x
C J y
l
48
3
Ρ
= Ε
B
D
y
A
C
Ρ
C
y
B
ϕ
D
Trang 90,19 0,18 0,17 0,164 0,16 0,15 0,142 0,135 0,13 0,12
510 490 470 450 430 410 390 370 350 330
O P
* Khi tính yC , yD ta lấy môđun đàn hồi của thép CT3 là loại thép thường dùng phổ biến trong xây dựng , với E = 2.105 Mpa , hoặc làm tròn E = 2.104 kg/mm2
* Tính góc xoay
d
y tg
Bảng ghi số liệu
Ta lấy ∆Ρ= 20 kg
V KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1 Tính giá trị của y C và ϕA theo lý thuyết , vẽ đồ thị P-y C ; P-ϕA
4 3
3
2282 12
) 84 , 8 ( 64 , 39
bh
Lớp Đại Học Xây Dựng 3 9 Nguyễn Văn Trường An
Trang 100,0028 0,0027 0,0026 0,0025 0,0024 0,0022 0,0021 0,00203 0,0019 0,0018
510 490 470 450 430 410 390 370 350 330
O
Đồ thị P và yC trên lý thuyết
Đồ thị P và ϕA trên lý thuyết
2 Dựa vào số liệu thí nghiệm thu được , vẽ đồ thị P-y C , P-ϕA
Nhận xét và so sánh kết quả
B A
D B
y tg
C
y
A
ϕ
Trang 110,0068 0,00625 0,00545 0,00445 0,00295 0,0074 0,00205
0,00125 0,0006
510
490
470
450
430
410
390 370
350
330
O P
Trường Đại Học Tây Đô Thực Tập Sức Bền Vật Liệu
Đồ thị P và y trên thực tế C
Đồ thị P và ϕA trên thực tế Nhận xét và so sánh :
- Từ kết quả thực nghiệm và lý thuyết ta nhận thấy giá trị y và C ϕAlý thuyết nhỏ hơn so với giá trị thực nghiệm , điều này chứng tỏ mẫu thép làm thí nghiệm tốt hơn so với mẫu thép CT3
- Đồ thị gần như là đường thẳng cho thấy rằng giữa P và y có quan hệ tuyến tính gần như đồng C
nhất , do vậy mẫu thép thí nghiệm là mẫu thép gần như đồng nhất so với giả thuyết
3 Tính Modun đàn hồi dọc trung bình của vật liệu mẫu
Lớp Đại Học Xây Dựng 3 11 Nguyễn Văn Trường An
2 3
1
3 1
2282 0 48
) 200 ( 330
l
x C
=
×
×
×
=
Ρ
=
Ε
2 3
2
3 2
2282 13 , 0 48
) 200 ( 350
l
x C
=
×
×
×
=
Ρ
=
Ε
2 3
3
3 3
2282 28 , 0 48
) 200 ( 370
l
x C
=
×
×
×
=
Ρ
=
Ε
2 3
4
3 4
2282 5
, 0 48
) 200 ( 390
l
x C
=
×
×
×
=
Ρ
=
Ε
1,92 1,88 1,8 1,71 1,46 0,81 0,5 0,28 0,13
510
490 470
450
430
410
390 370
350
330
O
C
y
A
ϕ
Trang 12
So sánh với E của thép CT3 Đánh giá phẩm chất của vật liệu và độ chính xác kết quả của thí nghiệm …
Ta thấy Εtb > E = 2.104 kg/mm2 thép có cường độ cao hơn so với thép CT3
2 3
5
3 5
2282 81
, 0 48
) 200 ( 410
l
x C
=
×
×
×
=
Ρ
= Ε
2 3
6
3 6
2282 46
, 1 48
) 200 ( 430
l
x C
=
×
×
×
=
Ρ
= Ε
2 3
7
3 7
2282 71
1 48
) 200 ( 450
l
x C
=
×
×
×
=
Ρ
= Ε
2 3
8
3 8
2282 8
1 48
) 200 ( 470
l
x C
=
×
×
×
=
Ρ
= Ε
2 3
9
3 9
2282 88
1 48
) 200 ( 490
l
x C
=
×
×
×
=
Ρ
= Ε
2 3
10
3 10
2282 92
1 48
) 200 ( 510
l
x C
=
×
×
×
=
Ρ
= Ε
2
10
1
/
31097
,
56204
10
01461 , 19400 80908 , 19035 34116 , 19070 82871 , 19219 41104 , 21510 51004 , 36968 5723 , 56967 99704 , 96510 6322
,
196633
0
10
mm kg
i
i
tb
=
+ +
+ +
+ +
+ +
+
=
Ε
=
=
Trang 13Bài 4 ĐO CHUYỂN VỊ CỦA LÒ XO
I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
- Kiểm tra công thức tính chuyển vị λ lý thuyết của lò xo khi bị ép bằng đồng hồ đo chuyển
vị thực tế , với độ chính xác là 0.01 mm
Gd
n D
Ρ
= λ
- Tính giá trị môđun đàn hồi trượt của vật liệu mẫu
II CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Dựa trên công thức lý thuyết tính chuyển vị λcủa lò xo khi bị ép
Gd
n D
Ρ
= λ
III MẪU THÍ NGHIỆM
Trong đó :
Áp lực nén P Đường kính lò xo D = 59.2 mm Đường kính dây lò xo d = 13.2 mm
Số vòng lò xo n = 10 Chuyển vị khi nén (để giữa) ban đầu của
lò xo λ1 =h o −h1 = 222,5-215 = 7,5 mm Bước lò xo h = 20.9 mm
Chiều dài ban đầu của lò xo ho = 222.5
mm Chiều dài của lò xo sau khi nén (để giữ)
h1 = 215 mm
IV CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM
* Đo kích thước và các số liệu lien quan điền vào mục ghi các kích thước nêu trên
* Đặt mẫu nén đúng tâm để đo h1
* Bảng ghi số liệu thí nghiệm
Lấy ∆λ= 1mm = 1 vòng kim đồng hồ
=
1
=
2
=
3
=
4
=
5
=
6
=
7
Lớp Đại Học Xây Dựng 3 13 Nguyễn Văn Trường An
4
3
8
d
n D G
λ
Ρ
=
Ρ
h
d
Ρ
o
h
1
h
1
λ
Trang 14568 544 522
38,82 37,18 35,67 34,31
502 464 482 444 422
32,94 31,71 30,34 28,84
400
27,34 25,29
370
O
=
8
=
9
=
10
V KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
* Vẽ biểu đồ P-λlt 8 43
Gd
n D
Ρ
= λ
lt
Biểu Đồ P - λlt
*Vẽ biểu đồ P-λtt :
tt
=
1
=
2
=
3
=
4
=
5
Ρ
lt
λ
Trang 156
=
7
=
8
=
9
=
10
Biểu Đồ P - λtt
So sánh kết quả , nhận xét :
- Biểu đố lien hệ giữa P - λlt và P - λtt gần như là một đường thẳng chúng có quan hệ tuyến tính nhưng không đồng bộ vì đó là đường gãy khúc Điều này chứng tỏ mẫu thép thí nghiệm là không đồng nhất Trái lại trong giả thuyết vật liệu là đồng nhất nên quan hệ P - λlt là tuyến tính
- Ta thấy λtt< λlt chứng tỏ mẫu thép thí nghiệm kém hơn thép CT3
3 3
n D G
n D
d G
λ λ
α
∆
∆Ρ
=
⇒
=
∆
∆Ρ
=
Ta tìm
9
9 1
∑
=
= i
i tb
G G
Lớp Đại Học Xây Dựng 3 15 Nguyễn Văn Trường An
2 4
3 4
1
3 1
) 2 , 13 ( 5 7
10 ) 2 , 59 ( 370 8 8
mm kg d
n D
×
×
×
×
=
Ρ
= λ
2 4
3 4
2
3 2
) 2 , 13 ( 5 8
10 ) 2 , 59 ( 400 8 8
mm kg d
n D
×
×
×
×
=
Ρ
= λ
2 4
3 4
3
3
3
) 2 , 13 ( 5 9
10 ) 2 , 59 ( 422 8 8
mm kg d
n
D
×
×
×
×
=
Ρ
=
λ
568 544 522
16,5 15,5 14,5 13,5
502 464 482 444 422
12,5 11,5 10,5 9,5
400
8,5 7,5
370
O
P
tt
λ
Trang 16Ta thấy G > G =8.10 tb 3kg/mm2 thép có cường độ cao hơn thép CT3
2 4
3 4
4
3 4
) 2 , 13 ( 5 10
10 ) 2 , 59 ( 444 8 8
mm kg d
n D
×
×
×
×
=
Ρ
=
4
3 4
5
3 5
) 2 , 13 ( 5 11
10 ) 2 , 59 ( 464 8 8
mm kg d
n D
×
×
×
×
=
Ρ
=
λ
2 4
3 4
6
3 6
) 2 , 13 ( 5 12
10 ) 2 , 59 ( 482 8 8
mm kg d
n D
×
×
×
×
=
Ρ
=
λ
2 4
3 4
7
3 7
) 2 , 13 ( 5 13
10 ) 2 , 59 ( 502 8 8
mm kg d
n D
×
×
×
×
=
Ρ
=
λ
2 4
3 4
8
3 8
) 2 , 13 ( 5 14
10 ) 2 , 59 ( 522 8 8
mm kg d
n D
×
×
×
×
=
Ρ
=
λ
2 4
3 4
9
3 9
) 2 , 13 ( 5 15
10 ) 2 , 59 ( 544 8 8
mm kg d
n D
×
×
×
×
=
Ρ
=
λ
2
9
1
/
56079
,
31413
9
86189 , 19187 66716 , 19681 62328 , 20329 25238 , 21081 6801 , 22058 14873 , 23118 56591 , 24285 66943 , 25727 17352 , 26971
9
mm
kg
G
i
tb
=
+ +
+ +
+ +
+ +
=
=
