Początek

Skrypty Ciekawe strony  

Zaliczanie

   
 

Statyczna próba zginania

I.Cel ćwiczenia.

Statyczna próba zginania należy do stosowanych prób mechanicznych o charakterze 

wytrzymałościowym lub technologicznym. Zadaniem statycznej próby zginania 

wytrzymałościowego jest określenie wskaźników wytrzymałościowych na zginanie oraz cech 

sprężystych i plastycznych badanych tworzyw w warunkach zginania. Natomiast zadaniem 

statycznej próby zginania technologicznego jest sprawdzenie zdolności półwyrobu lub wyrobu 

do odkształceń plastycznych w czasie działania siły zginającej.

W tym ćwiczeniu omówiona zostanie statyczna próba zginania wytrzymałościowego. 

Znaczenie tej próby, podobnie jak próby ściskania, jest większe dla materiałów kruchych niż 

dla materiałów sprężysto - plastycznych. Wynika to z małej zdolności materiałów kruchych do 

przenoszenia obciążeń rozciągających towarzyszących zginaniu. Z tego też względu próba ta 

została znormalizowana dla takich materiałów jak: żeliwo szare PN - 82 / H - 83109, 

drewno i tworzywo sztuczne.

Celem próby jest zapoznanie się z praktycznym sposobem przeprowadzenia próby zginania 

wytrzymałościowego, z używanymi do tego celu próbkami i urządzeniami oraz interpretacją i 

opracowaniem wyników próby.

 

II.Wiadomości uzupełniające.

 

1.Próbki.

 

Próbki do próby zginania wytrzymałościowego mają kształt poprzeczny okrągły lub 

kwadratowy, stały na całej długości. Próbki z drewna są prostopadłościenne o wymiarach 

przekroju 20 x 20 0,2 mm i długości 300 1 mm. Wykonane są w ten sposób, że włókna 

drewna są równoległe do osi próbki. Odchylenie od równoległości odpowiednich powierzchni 

próbki nie może przekraczać 0,1 mm.

Wymiary próbek okrągłych z żeliwa szarego zaczerpnięte z normy PN-82/H-83109 podane 

są w tablicy 1.

 

Tablica 1.

 

Nr

próbki

do próbki

nieobrobione 3)

do próbki

obrobione

l

min

l o1)

1

--

10 0,1

220

200 0,5

2

13 +1,0

13 0,1

310

260 0,5

3

20 +1,5

20 0,2

450

400 0,5

4

30 2) +2,0

30 0,2

650

600 0,5

5

45 +2,5

--

1000

900 0,5

1) - są to tzw próbki dwudziestokrotne, których długość pomiarowa lo = 20 do.

Dopuszcza się stosowanie próbek dziesięciokrotnych.

2) - średnica próbki nieobrobionej zalecana.

3) - tolerancja okrągłości nie powinna być większa niż 5 % wymiaru nominalnego.

 

Próbki do badań na zginanie o wymiarach w mm wg tablicy 1 wykonuje się z prętów 

próbnych odlanych zgodnie z PN-81/H-83106, z wycinków próbnych pobranych 

bezpośrednio ze ścianek odlewów lub próbek przelanych. Próbki wykonane z prętów 

odlanych mogą być stosowane w stanie nieobrobionym, z wyjątkiem prób rozjemczych. 

Maksymalny parametr chropowatości powierzchni próbek nieobrabionych wynosi Ra = 25 

mm, a parametr chropowatości powierzchni próbek obrobionych wynosi Ra = 3,2 mm. 

Wymiary próbek wycinanych bezposrednio z odlewu należy tak dobierać, aby średnica 

próbki wg tab. 1. była najbardziej zbliżona do grubości ścianki badanego odlewu w miejscu 

wycięcia. Określenie wytrzymałości na zginanie żeliwa danego gatunku zaleca się wykonywać 

na próbce nr 3 w przypadku próbek obrabianych oraz nr 4 w przypadku próbek 

nieobrabionych.

Próbki z materiałów sprężysto - plastycznych nie są znormalizowane. Na ogół wykonuje się je 

o przekroju okrągłym, przy czym przyjmuje się wielkość średnicy próbki do = 10 lub 20 mm 

oraz odstęp między podporami lo = 10do lub 20do.

 

2.Urządzenia do próby zginania.

Próbę zginania przeprowadza się zwykle na uniwersalnych maszynach wytrzymałościowych w 

specjalnym oprzyrządowaniu służącym do próby zginania technologicznego. Schemat próby 

zginania przedstawiony jest na rysunku 1.1.

Rys.1.1.Schemat próby zginania:

1 - próbka, 2 - podpory, 3 - główka naciskowa

 

Maszyna wytrzymałościowa powinna spełniać następujące wymagania:

a) podpory powinny być ustawione względem siebie w płaszczyźnie poziomej i równolegle do 

trzpienia,

b) trzpień oraz co najmniej jedna podpora maszyny wytrzymałościowej powinny stanowić 

elementy w kształcie walca, umocowane obrotowo w swej osi podłużnej,

c) zakres pomiarowy siłomierza powinien być tak dobrany, aby siła zginająca była nie mniejsza 

niż 30 % i nie większa niż 95 % pełnego zakresu obciążeń,

d) w przypadku gdy błąd wskazań siłomierza maszyny jest większy niż 1 % wg PN-64/H- 

04313 i mniejszy niż 2 %, próbę można wykonać pod warunkiem uwzględnienia poprawek 

wskazań zgodnie z protokołem sprawdzania maszyny lub wykresem poprawek sporządzonym 

na podstawie świadectwa maszyny,

 e) powinna być wyposażona w przyrząd do pomiaru strzałki ugięcia zapewniający pomiar 

poprzecznego przemieszczenia przekroju próbki z pominięciem ugięcia belki poprzecznej 

maszyny oraz wgniatania trzpienia w próbkę.

 

Obciążeniu wg schematu ( rys. 1 ) odpowiada największy moment zginający

 

M = ( F x l ) / 4

 

występujący pod siłą obciążającą F, a odpowiadające mu naprężenie

 

sg= ( F x lo ) / 4W = 8F lo / p do3 [Pa] lub [MPa] ( 1 )

 

Największe ugięcie próbki, w przybliżeniu równe wskazaniom czujnika zegarowego               ( rys. 1.1 ) występuje w środku rozpiętości próbki i wynosi

 

f1 = ( F x lo3 ) / 48E I [mm]

 

gdzie:

E - współczynnik sprężystości wzdłużnej

I = p do4 / 64 - moment bezwładności przekroju.

 

3.Wskaźniki próby zginania.

 

Z wyników pomiarów wykonanych na stanowisku przedstawionym na rys. 1.1 można 

sporządzić wykres zginania w układzie P, f lub M, f lub s, f. Przykładowo wykresy zginania 

przedstawione są na rysunku 1.2 dla materiału kruchego ( żeliwo ) i materiałów sprężysto - 

plastycznych ( stal i mosiądz ). Na wykresach zaznaczono symbolicznie punkty 

charakterystyczne, których rzędne służą do określenia granicy proporcjonalności RHg, 

granicy sprężystości Rspg, granicy plastyczności Reg i wytrzymałości na zginanie Rg ( tylko 

dla materiałów kruchych ).

Podane wielkości oblicza się ze wzoru ( 1 ), który w zasadzie ważny jest tylko w zakresie 

odkształceń proporcjonalnych, gdy nie ma większych odkształceń plastycznych.

Stąd:

 

RHg = 8FHg lo / p do3 [Pa] lub [MPa]

Rspg = 8Fspg lo / p do3 [Pa] lub [MPa]

Reg = 8Feg lo / p do3 [Pa] lub [MPa] ( 2 )

Rg = 8Fg lo / p do3 [Pa] lub [MPa]

 

Wartości RHg, Rspg i Reg określane są jako umowne, związane z przyjętymi wartościami 

odkształceń trwałych. Dwie pierwsze określa się nader rzadko. Najczęściej określa się 

umowną granicę plastyczności Re 0,2 ( wyraźna granica plastyczności przy zginaniu próbek 

okrągłych prawie nie występuje ) dla materiałów sprężysto - plastycznych oraz wytrzymałość 

na zginanie Rg dla materiałów kruchych. Siłą odpowiadającą umownej granicy plastyczności 

jest rzędna punktu przecięcia wykresu zginania z prostą równoległą do początkowego odcinka 

wykresu, wystawioną w odległości fpl 0,2 od początku układu. Długość odcinka fpl 0,2 

odpowiada odkształceniu względnemu e = 0,002 i wynosi

 

fpl 0,2 = 0,002lo2 / 6do

 

Rys.1.2.Wykres zginania.

 

 

III.Przebieg ćwiczenia.

 

1.Przygotować arkusz protokółu pomiarów.

2.Zapisać w protokóle dane dotyczące próbki ( materiał, wymiary ) oraz narysować schemat 

obciążenia próbki i pomiaru strzałki ugięcia.

3.Ustawić podpory w korpusie urządzenia do zginania zainstalowanego na maszynie 

wytrzymałościowej, ustawić najmniejszy zakres maszyny i wstępnie obciążyć próbkę siłą 

wskazaną przez prowadzącego.

4.Ustawić czujnik zegarowy do pomiaru ugięcia ( wskazówkę czujnika ustawić na zero lub 

inną pełną liczbę ), zwiększać obciążenia próbki wykorzystując napęd ręczny i rejestrować 

wskazania czujnika. Próbkę obciążać aż do złamania ( próbki z materiału kruchego ) lub do 

znacznego odkształcenia plastycznego ( próbki z materiału sprężysto - plastycznego ).

5.Wykonać wykresy zginania oraz obliczyć Re 0,2 lub Rg wg wzorów ( 2 ). Wyniki obliczeń 

zapisać w protokóle. Uzupełnić wypełnianie protokółu.

 

IV.Uwagi do sprawozdania.

 

Sprawozdanie powinno zawierać:

1 ) określenie celu próby zginania,

2 ) definicje wyznaczanych wielkości ( Re 0,2 i Rg ),

3 ) protokół pomiarów,

4 ) zestawienie wyników próby w tablicy wg podanego wzoru,

5 ) wykresy zginania w układzie współrzędnych F - f sporządzony na papierze milimetrowym,

6 ) dyskusję otrzymanych wyników zawierającą:

- omówienie własności materiału, ujawnionych w próbie zginania,

- analizę ilościową otrzymanych wyników,

- wskazanie źródeł ewentualnych rozbieżności i błędów,

- uwagi i wnioski końcowe.

 

Tablica 2.

L. p.

Materiał

Średnica [mm]

Rg [MPa]

Rg / Rm