Początek

Skrypty Ciekawe strony  

Zaliczanie

   
 

 

Próba ścinania

I.Cel ćwiczenia.

Metodyka obliczania elementów pracujących na ścinanie w znacznej mierze opiera się na 

teorii czystego ścinania. Zwykle jednak w przekrojach ścinanych elementów 

konstrukcyjnych występują równocześnie naprężenia normalne. Materiał pracuje więc tu w 

bardziej złożonym stanie naprężeń niż dla przypadku czystego ścinania. Dlatego też 

wyznaczenie naprężeń dopuszczalnych dla sworzni, nitów itp. powinno być oparte na danych 

doświadczalnych uzyskanych z prób wytrzymałości na ścinanie całych połączeń lub 

oddzielnie pracujących elementów, a nie na podstawie czystego ścinania lub hipotez 

wytężenia. Próba ścinania technologicznego jest więc próbą o charakterze czysto 

praktycznym.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z praktycznym sposobem wykonania próby ścinania ( 

technologicznego ), zgodnie z obowiązującą normą PN - 86 / H - 04321, używanymi do 

tego celu próbkami i urządzeniami oraz interpretacja i opracowaniem wyników próby.

Wykonanie ćwiczenia polega na poddaniu próbek obciążeniu ścinającemu w 

przystosowanym do tego celu przyrządzie, obserwacji zachowania się tych próbek pod 

wzrastającym obciążeniem aż do ich zniszczenia, wyznaczeniu wytrzymałości na ścinanie Rt 

oraz przeprowadzeniu analizy i dyskusji otrzymanych wyników.

 

II.Wiadomości uzupełniające.

 

1.Uwagi ogólne.

Proste ścinanie dowolnej próbki rozumiane jako cięcie materiału może być dokonane tylko 

przez siły tnące, tzn. siły leżące na wspólnej płaszczyźnie i posiadające przeciwne zwroty. 

Warunek ten spełniałyby tylko dwa ostrza nieskończenie cienkie. W rzeczywistości noże o 

pewnej grubości podczas wnikania w materiał prowadzą do rozsunięcia sił, które tworzą 

parę ( rys. 1.1 ) i wywołują w materiale naprężenia zginające. Początku stopniowego 

niszczenia materiału przy tego rodzaju ścinaniu należy doszukiwać się zwykle w zbyt wielkich 

ciśnieniach wywieranych przez ostrze noża. W praktyce laboratoryjnej przeprowadza się 

próbę ścinania ( technologicznego ) wg prostego schematu pokazanego na rysunku 1.1.

 

 

 

 

 

Rys.1.1.Schemat ścinania

 technologicznego.

 

 

 

 

 

 

2.Próbki.

Do próby ścinania używa się próbek okrągłych , obrobionych mechanicznie, których 

średnica nominalna i dopuszczalne odchyłki, a także długość powinny odpowiadać 

wymaganiom wg tabeli 1. Chropowatość próbek obrobionych mechanicznie nie powinna 

przekraczać 1,25 mm wg parametru Ra PN-73/M-04251. Dopuszcza się badanie próbek z 

drutu w stanie dostawy ( odcinki próbne bez obróbki skrawaniem ). Na powierzchni próbki 

nie powinno być pęknięć, rozwarstwień, wtrąceń niemetalicznych, wżerów powstałych na 

skutek korozji i uszkodzeń mechanicznych.

 

Tablica 1.

Wymiary próbek na ścinanie ( wg PN-86/H-04321 )

 

d

dopuszczalne

odchyłki

L

min

 

d

dopuszczalne

odchyłki

L

min

2

- 0,020

- 0,370

50

 

12

- 0,016

- 0,193

110

3

- 0,020

- 0,370

50

 

14

- 0,016

- 0,193

110

4

- 0,030

- 0,390

50

 

16

- 0,016

- 0,193

110

5

- 0,030

- 0,390

50

 

18

- 0,016

- 0,193

130

6

- 0,030

- 0,345

50

 

20

- 0,020

- 0,212

130

8

- 0,040

- 0,370

50

 

25

- 0,020

- 0,212

130

10

- 0,013

- 0,186

110

 

3.Urządzenia do próby ścinania.

Próbę ścinania przeprowadza się na uniwersalnych zrywarkach przy zastosowaniu 

specjalnego przyrządu pokazanego na rysunku 2. Przyrząd składa się z korpusu 1, w którym 

podczas próby przesuwa się płytka ślizgowa 2. W korpusie 1 i płytce ślizgowej 2 znajdują 

się otwory o jednakowej średnicy D. W otworach korpusu osadza się wymienne wkładki 3 

ustalające położenie próbki 4, a w otworze płytki ślizgowej - wkładkę ścinającą 5. Wkładki 

ustalające 3 i ścinające 5 dobiera się w zależności od średnicy d próbki. Śruby dociskowe 6 

służą do ustalania położenia wkładek 3, w części niegwintowanej otworów w korpusie 1.

Części chwytowe korpusu i płytki ślizgowej powinny być dostosowane do uchwytów 

maszyny i zapewnić współosiowość sił ścinających. W przypadku przeprowadzania próby 

ścinania siłami ściskającymi części chwytowe urządzenia powinny mieć płaszczyzny 

prostopadłe do kierunku działania siły, a w przypadku przeprowadzania próby ścinanie 

siłami rozciągającymi części uchwytowe powinny być dostosowane do uchwytów maszyny 

wytrzymałościowej. Luz pomiędzy wkładką ustalającą a wkładką ścinającą powinien 

wynosić najwyżej 0,10 mm. Twardość wkładek ustalających i ścinających powinna wynosić 

min. 700 HV ( 60,1 HRC ).

4.Wykonanie próby ścinania i jej wyniki.

Przy prawidłowym zamocowaniu przyrządu do badania wytrzymałości na ścinanie, między 

wkładkami ustalającymi a wkładką ścinającą nie powinno występować tarcie i przy jałowym 

biegu maszyny ( przed wstawieniem próbki ), wskazanie siłomierza powinno być niezmienne 

Prędkość ścinania należy utrzymać nie większą niż 10 MPa/s.

 

Rys.1.2.Przyrząd do przeprowadzania próby ścinania siłami ścinającymi.

Wytrzymałość na ścinanie ( technologiczne ) Rt wyznacza się ze wzoru:

 

Rt = 2 F / p d2 [Pa] lub [MPa] ( 1 )

gdzie:

F - największa siła uzyskana w czasie próby ścinania [N]

d - średnica badanej próbki [mm]

Wzór ( 1 ) opiera się na założeniu równomiernego rozkładu naprężeń tnących w ścinanych 

przekrojach i pominięciu naprężeń pochodzących od zginania. Założenie to jest w gruncie 

rzeczy bardzo odległe od rzeczywistości. Określoną w powyższy sposób wytrzymałość Rt 

należy traktować jako pewną wielkość umowną, porównawczą, dającą jedynie orientacyjną 

ocenę jakości badanego materiału, a nie jego rzeczywistą wytrzymałość na czyste ścinanie.

Naprężenia zginające są tym intensywniejsze, im większe są luzy między próbka a ścianami 

otworów w przyrządzie. Moment zginający powiększa się wraz ze wzrostem wymiarów a i b 

i przyjmuje największą wartość w przekroju symetrii przyrządu. W określonych warunkach, 

szczególnie podczas badania metali wykazujących stan kruchości prowadzi to do powstania 

pęknięcia w tym przekroju. Pęknięcie to pojawia się jeszcze przed ścięciem próbki ( rys. 

1.3a ).

Próbki z materiałów sprężysto - plastycznych ulegają charakterystycznemu zgięciu oraz 

zgniotowi wskutek dużych nacisków, co poznaje się po pewnym spłaszczeniu próbki ( rys. 

1.3b ). Stąd też wytrzymałość na technologiczne ścinanie określona wzorem ( 1 ) zależy nie 

tylko od własności wytrzymałościowych materiału próbki, lecz jednocześnie od kształtu i 

wielkości przekroju oraz wymiarów przyrządu i dokładności przylegania próbki do jego 

otworów. Należy więc zachować dużą ostrożność w interpretowaniu i porównywaniu 

wyników uzyskanych w różnych warunkach.

Rys.1.3.Próbki dwucięte po próbie ścinania:

a ) z materiału kruchego

b ) z materiału sprężysto - plastycznego

Wytrzymałość na ścinanie Rt określoną w opisany wyżej sposób można uważać za 

orientacyjny wskaźnik jakości materiału w połączeniach sworzniowych, nitowanych itp. 

Wartość Rt jest zwykle większa od naprężenia ścinającego, wyznaczonego na podstawie 

próby skręcania. Na podstawie licznych prac doświadczalnych stwierdzono, iż wartość 

stosunku Rt/Rm dla różnych stali zawarta jest w przedziale 0,7 - 0,8, a dla żeliwa szarego 

wynosi ok. 1,1.

Próbę należy przeprowadzić w temperaturze od 10 do 35 oC. Próbkę umieszczamy 

pomiędzy wkładki ustalające i ścinające, a następnie równomiernie przykładamy obciążenie 

w taki sposób, aby szybkość przyrostu naprężenia próbki, do momentu ścięcia próbki nie 

był większy niż 10 MPa / s.

 

III.Przebieg ćwiczenia.

 

1.Przygotować arkusz protokółu.

2.Narysować w protokóle schemat próby ścinania i zapisać dane dotyczące próbki ( 

materiał, wymiary ). Średnicę d próbki należy zmierzyć przy pomocy mikrometru z 

dokładnością do 0,01 mm.

3.Ustalić zakres siłomierza maszyny i założyć odpowiednie obciążniki. Orientacyjną wartość 

siły niszczącej oblicza się ze wzoru:

F = 2 So Rt = pd2 Rt /2 [N]

gdzie:

Rt - wytrzymałość na ścinanie w [Pa], przyjęta na podstawie tablic lub zależności

Rt = 0,7 - 0,8 Rm dla stali oraz Rt = 1,1 Rm dla żeliwa szarego.

4.Sprawdzić działanie urządzenia do próby ścinania zgodnie z wytycznymi zawartymi w 

punktcie 2.4.

5.Wstawić próbkę i poddać ją wzrastającemu obciążeniu aż do jej ścięcia. Obserwować 

przebieg ścinania na wykresie. Zapisać w protokóle wartość obciążenia niszczącego.

6.Wykonać obliczenia Rt wg wzoru ( 1 ) i zrobić szkic zniszczonej próbki.

7.Zapisać w protokóle warunki w jakich została wykonana próba.

 

IV.Uwagi do sprawozdania.

 

Sprawozdanie powinno zawierać:

1 / określenie celu próby,

2 / definicję wyznaczonej wielkości,

3 / protokół pomiarów,

4 / zestawienie wyników próby ścinania oraz wytrzymałości na rozciąganie Rm w postaci 

tablicy wg wzoru ( tablica 2.)

Tablica 2.

 

Nr

próbki

Materiał

Rt [MPa]

Rm [MPa]

Rt / Rm

5 / dyskusję otrzymanych wyników zawierającą:

- omówienie charakterystycznych własności badanych materiałów ujawnionych w próbie 

ścinania,

- ocenę zależności między Rt i Rm,

- uwagi i wnioski.