pobieranie: zmeczenie
Pobierz dokument docPrzeglądaj wersję html pliku:
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA
LABORATORIUM Z WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW
SPRAWOZDANIE NR. 7
Ćwiczenie Nr 7 Temat ćwiczenia: Badanie metali na zmęczenie.
Nazwisko i Imię:
Wydział: Mechaniczny
Mechanika i Budowa Maszyn Grupa:
Data wykonania ćwiczenia:
Ocena:
Prowadzący ćwiczenie:
Podpis:
1.Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawami badań
doświadczalnych wytrzymałości zmęczeniowej materiału, używanymi do
tego celu próbkami i urządzeniami oraz praktycznym wyznaczeniem
wskaźników charakteryzujących zachowanie się materiału w warunkach
naprężeń okresowo zmiennych. Wykonanie ćwiczenia polega na
przeprowadzeniu zmęczeniowej próby zginania, zbadaniu zachowania się
materiału w warunkach okresowo zmiennych naprężeń wywołanych
zginaniem obrotowym oraz wyznaczeniu wytrzymałości na zmęczenie w
tzw. skróconej próbie zmęczeniowej.
2.Opis badań zmęczeniowych:
Zmęczeniem materiału nazywamy zmiany występujące w materiale pod
wpływem okresowo zmiennych naprężeń lub odkształceń, które mogą
doprowadzić do zniszczenia materiału. Odporność elementów maszyn na
zmęczenie zależy od:
rodzaju i właściwości materiału
kształtu elementu
rodzaju obróbki powierzchniowej i gładkości powierzchni
zakresu zmienności naprężeń w materiale
W związku z tym badania wytrzymałości zmęczeniowej dzielą się
wyraźnie na badania próbek materiału z uwzględnieniem sposobu
obróbki i gładkości powierzchni oraz badania wytrzymałości
zmęczeniowej kształtowej tzn. badania gotowych elementów
technicznych, posiadających skomplikowane kształty(np. wały korbowe,
połączenia gwintowe).
3.Chrakterystyka naprężeń zmęczeniowych:
.
Cyklem naprężeń nazywa się okresowo zmienne naprężenie o
wartościach zmieniających się w sposób ciągły w czasie jednego
okresu. Okresowo zmienne naprężenia występujące w próbach
zmęczeniowych mają najczęściej charakter sinusoidalny. Można je
wyrazić wzorem:
- częstość kołowa zmian naprężenia
t - czas
Największa i najmniejsza wartości naprężeń cyklu są równe:
Zatem zależności na naprężenia średnie (składowa stała) i
amplitudę zmian około wartości średniej można wyrazić wzorem:
nazywamy współczynnikiem stałości obciążenia:
Stosunek (R) najmniejszego naprężenia do największego naprężenia
cyklu nazywa się współczynnikiem asymetrii cyklu lub też
charakterystyką cyklu:
Między tymi dwoma współczynnikami zachodzi następujący związek:
,nazywa się cyklem wahadłowym (symetrycznym).Cykl, w którym jedno z
skrajnych naprężeń głównych cyklu jest Równe zeru nazywa się
cyklem tętniącym.
, gdyż dla takiego przypadku obciążenia wytrzymałość zmęczeniowa
jest najmniejsza.
4.Próbki używane do badań:
Kształt i wymiary próbek ustala się w zależności od rodzaju
mierzony wielkości i warunków ich określania. Dla wskaźników
zmęczeniowych stosuje się próbki o prostych kształtach. Dla
określenia wytrzymałości zmęczeniowej części maszyn i elementów
konstrukcji stosuje się próbki i takich kształtach i wymiarach,
które zapewniają możliwie pełną analogię rozkładu naprężeń i
warunków obciążenia.
Materiał do badań powinien być możliwie jak najbardziej jednorodny
i jak najlepiej reprezentować tworzywo, którego własności
zmęczeniowe chce się badać. Seria próbek metalowych powinna być
wykonana nie tylko z jednego wytopu ale nawet z jednego wlewka.
Przy wykonywaniu próbek należ przestrzegać jednakowej technologii.
Duży wpływ na wytrzymałość zmęczeniową ma wpływ stan powierzchni
próbki. Największą wytrzymałość uzyskuje się przy próbkach
szlifowanych i polerowanych.
5.Maszyny do badań zmęczeniowych:
Najbardziej rozpowszechnioną maszyną do prób zmęczeniowych jest
tzw. maszyna zmęczeniowa giętno – obrotowa:
, a naprężenia w najwyższych i najniższych włóknach próbki są
równe:
gdzie: P – siła obciążająca próbkę
d – średnica próbki
a – odległość siły P od punktu podparcia
Maszyna napędzana jest silnikiem (4), za pomocą sprzęgła podatnego
(5). Z wałkiem napędowym połączony jest licznik obrotów (6). Nie
uwidoczniony na schemacie wyłącznik przyciskowy powoduje wyłączenie
silnika w momencie złamania próbki.
6.Przeprowadzenie próby metodą klasyczną:
Klasyczna metoda badania wytrzymałości zmęczeniowej metali polega
na sporządzeniu wykresu zmęczeniowego i wyznaczeniu wytrzymałości na
zmęczenie. Minimalna liczba próbek potrzebna do tego celu wynosi 8-12
sztuk.
. Zmniejszając naprężenia otrzymuje się coraz większe liczby cykli
N, przy których próbki ulegają pęknięciu. Dla próbek stalowych
liczby te dochodzą do rządu milionów cykli, zaś dla innych
materiałów – 100 i więcej milionów.
.Wyznaczone w ten sposób granice oznacza się symbolami:
- przy wahadłowym zginaniu
- przy wahadłowym skręcaniu
- przy wahadłowym rozciąganiu lub ściskaniu
równa się przyjętej liczbie cykli N.
7.Przełom zmęczeniowy:
zostanie już dostatecznie osłabiony następuje doraźne zniszczenie
elementu.
Dla większości metali można wyróżnić w przełomie próbki dwie
odmienne strefy, odpowiadające dwom etapom niszczenia materiału.
Strefa pierwsza, nazywana strefą zniszczenia zmęczeniowego ma zwykle
charakterystyczną wygładzoną powierzchnię o kształtach muszlowych z
widocznymi niekiedy tzw. liniami przystankowymi, świadczącymi o
nierównomiernym, skokowym pogłębianiu się szczeliny. Druga strefa
przełomu zmęczeniowego o powierzchni wizualnie bardziej
gruboziarnistej powstaje nagle w ostatnim okresie pracy elementu. Ta
część przełomu nosi nazwę strefy doraźnej. W okolicy przełomu
brak jest widocznych odkształceń plastycznych, a więc ma on charakter
przełomu kruchego.
8.Wnioski:
W naszym ćwiczeniu poddawaliśmy próbie zmęczeniowej próbkę ze
stali 45, obrabianą przez toczenie i posiadającą karb typu U. Zmienne
okresowo obciążenie działające na próbkę powodowało powstawanie w
niej naprężeń okresowo zmiennych wyginających próbkę raz w górę
raz w dół co powodowało powstawanie mikropęknięć których liczba
rosła wraz ze wzrostem liczby cykli. Po pokonaniu pewnej granicy
zmęczeniowej próbka uległa zniszczeniu rozłamała się na dwie
części. Przełom próbki w miejscu pęknięcia nie był jednolity na
zewnątrz był to przełom zmęczeniowy próbka była tu gładsza i
były widoczne delikatne linie, a próbka miała tu kolor jasny.
Natomiast inaczej próbka wyglądała w samym środku tu kolor przełomu
był ciemny, a sam przełom był gruboziarnisty.
MPa. Różnice te mogą wynikać chociażby z tego że próbka mogła
zostać nierówno zamocowana w maszynie. Na wytrzymałość ma też
duży wpływ stan powierzchni próbki (próbka mogła zostać źle
obrobiona).
zmeczenie
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA
LABORATORIUM Z WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW
SPRAWOZDANIE NR. 7
Ćwiczenie Nr 7 Temat ćwiczenia: Badanie metali na zmęczenie.
Nazwisko i Imię:
Wydział: Mechaniczny
Mechanika i Budowa Maszyn Grupa:
Data wykonania ćwiczenia:
Ocena:
Prowadzący ćwiczenie:
Podpis:
1.Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawami badań
doświadczalnych wytrzymałości zmęczeniowej materiału, używanymi do
tego celu próbkami i urządzeniami oraz praktycznym wyznaczeniem
wskaźników charakteryzujących zachowanie się materiału w warunkach
naprężeń okresowo zmiennych. Wykonanie ćwiczenia polega na
przeprowadzeniu zmęczeniowej próby zginania, zbadaniu zachowania się
materiału w warunkach okresowo zmiennych naprężeń wywołanych
zginaniem obrotowym oraz wyznaczeniu wytrzymałości na zmęczenie w
tzw. skróconej próbie zmęczeniowej.
2.Opis badań zmęczeniowych:
Zmęczeniem materiału nazywamy zmiany występujące w materiale pod
wpływem okresowo zmiennych naprężeń lub odkształceń, które mogą
doprowadzić do zniszczenia materiału. Odporność elementów maszyn na
zmęczenie zależy od:
rodzaju i właściwości materiału
kształtu elementu
rodzaju obróbki powierzchniowej i gładkości powierzchni
zakresu zmienności naprężeń w materiale
W związku z tym badania wytrzymałości zmęczeniowej dzielą się
wyraźnie na badania próbek materiału z uwzględnieniem sposobu
obróbki i gładkości powierzchni oraz badania wytrzymałości
zmęczeniowej kształtowej tzn. badania gotowych elementów
technicznych, posiadających skomplikowane kształty(np. wały korbowe,
połączenia gwintowe).
3.Chrakterystyka naprężeń zmęczeniowych:
.
Cyklem naprężeń nazywa się okresowo zmienne naprężenie o
wartościach zmieniających się w sposób ciągły w czasie jednego
okresu. Okresowo zmienne naprężenia występujące w próbach
zmęczeniowych mają najczęściej charakter sinusoidalny. Można je
wyrazić wzorem:
- częstość kołowa zmian naprężenia
t - czas
Największa i najmniejsza wartości naprężeń cyklu są równe:
Zatem zależności na naprężenia średnie (składowa stała) i
amplitudę zmian około wartości średniej można wyrazić wzorem:
nazywamy współczynnikiem stałości obciążenia:
Stosunek (R) najmniejszego naprężenia do największego naprężenia
cyklu nazywa się współczynnikiem asymetrii cyklu lub też
charakterystyką cyklu:
Między tymi dwoma współczynnikami zachodzi następujący związek:
,nazywa się cyklem wahadłowym (symetrycznym).Cykl, w którym jedno z
skrajnych naprężeń głównych cyklu jest Równe zeru nazywa się
cyklem tętniącym.
, gdyż dla takiego przypadku obciążenia wytrzymałość zmęczeniowa
jest najmniejsza.
4.Próbki używane do badań:
Kształt i wymiary próbek ustala się w zależności od rodzaju
mierzony wielkości i warunków ich określania. Dla wskaźników
zmęczeniowych stosuje się próbki o prostych kształtach. Dla
określenia wytrzymałości zmęczeniowej części maszyn i elementów
konstrukcji stosuje się próbki i takich kształtach i wymiarach,
które zapewniają możliwie pełną analogię rozkładu naprężeń i
warunków obciążenia.
Materiał do badań powinien być możliwie jak najbardziej jednorodny
i jak najlepiej reprezentować tworzywo, którego własności
zmęczeniowe chce się badać. Seria próbek metalowych powinna być
wykonana nie tylko z jednego wytopu ale nawet z jednego wlewka.
Przy wykonywaniu próbek należ przestrzegać jednakowej technologii.
Duży wpływ na wytrzymałość zmęczeniową ma wpływ stan powierzchni
próbki. Największą wytrzymałość uzyskuje się przy próbkach
szlifowanych i polerowanych.
5.Maszyny do badań zmęczeniowych:
Najbardziej rozpowszechnioną maszyną do prób zmęczeniowych jest
tzw. maszyna zmęczeniowa giętno – obrotowa:
, a naprężenia w najwyższych i najniższych włóknach próbki są
równe:
gdzie: P – siła obciążająca próbkę
d – średnica próbki
a – odległość siły P od punktu podparcia
Maszyna napędzana jest silnikiem (4), za pomocą sprzęgła podatnego
(5). Z wałkiem napędowym połączony jest licznik obrotów (6). Nie
uwidoczniony na schemacie wyłącznik przyciskowy powoduje wyłączenie
silnika w momencie złamania próbki.
6.Przeprowadzenie próby metodą klasyczną:
Klasyczna metoda badania wytrzymałości zmęczeniowej metali polega
na sporządzeniu wykresu zmęczeniowego i wyznaczeniu wytrzymałości na
zmęczenie. Minimalna liczba próbek potrzebna do tego celu wynosi 8-12
sztuk.
. Zmniejszając naprężenia otrzymuje się coraz większe liczby cykli
N, przy których próbki ulegają pęknięciu. Dla próbek stalowych
liczby te dochodzą do rządu milionów cykli, zaś dla innych
materiałów – 100 i więcej milionów.
.Wyznaczone w ten sposób granice oznacza się symbolami:
- przy wahadłowym zginaniu
- przy wahadłowym skręcaniu
- przy wahadłowym rozciąganiu lub ściskaniu
równa się przyjętej liczbie cykli N.
7.Przełom zmęczeniowy:
zostanie już dostatecznie osłabiony następuje doraźne zniszczenie
elementu.
Dla większości metali można wyróżnić w przełomie próbki dwie
odmienne strefy, odpowiadające dwom etapom niszczenia materiału.
Strefa pierwsza, nazywana strefą zniszczenia zmęczeniowego ma zwykle
charakterystyczną wygładzoną powierzchnię o kształtach muszlowych z
widocznymi niekiedy tzw. liniami przystankowymi, świadczącymi o
nierównomiernym, skokowym pogłębianiu się szczeliny. Druga strefa
przełomu zmęczeniowego o powierzchni wizualnie bardziej
gruboziarnistej powstaje nagle w ostatnim okresie pracy elementu. Ta
część przełomu nosi nazwę strefy doraźnej. W okolicy przełomu
brak jest widocznych odkształceń plastycznych, a więc ma on charakter
przełomu kruchego.
8.Wnioski:
W naszym ćwiczeniu poddawaliśmy próbie zmęczeniowej próbkę ze
stali 45, obrabianą przez toczenie i posiadającą karb typu U. Zmienne
okresowo obciążenie działające na próbkę powodowało powstawanie w
niej naprężeń okresowo zmiennych wyginających próbkę raz w górę
raz w dół co powodowało powstawanie mikropęknięć których liczba
rosła wraz ze wzrostem liczby cykli. Po pokonaniu pewnej granicy
zmęczeniowej próbka uległa zniszczeniu rozłamała się na dwie
części. Przełom próbki w miejscu pęknięcia nie był jednolity na
zewnątrz był to przełom zmęczeniowy próbka była tu gładsza i
były widoczne delikatne linie, a próbka miała tu kolor jasny.
Natomiast inaczej próbka wyglądała w samym środku tu kolor przełomu
był ciemny, a sam przełom był gruboziarnisty.
MPa. Różnice te mogą wynikać chociażby z tego że próbka mogła
zostać nierówno zamocowana w maszynie. Na wytrzymałość ma też
duży wpływ stan powierzchni próbki (próbka mogła zostać źle
obrobiona).
