Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu | Đại học Kiến Trúc TP.HCM

Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường
THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU A./GIỚI THIỆU CHUNG
 Ngành đào tạo : Công nghệ kĩ thuật công trình xây dựng.
 Số tiết thí nghiệm : 5 tiết.
 Thời gian làm thí nghiệm: Nhóm 3-13h30’ chiều thứ 6 ngày 24/07/2015.
 Các loại vật liệu sử dụng : thép ∅16, gỗ, thanh đồng đặc ruột.
B./MỤC ĐÍCH YÊU CẦU
 Vận dụng lý thuyết đã học để tiến hành thí nghiệm song song với lý thuyết trên lớp.
 Làm quen với các trình tự thí nghiệm ( chuẩn bị mẫu thí nghiệm, thí
nghiệm, ghi chép và xử lý thí nghiệm, đánh giá kết quả và viết báo cáo).
 Quan sát được quá trình chịu tải của thép đến khi mẫu bị phá hoại.
 Hiểu được tính năng của từng loại máy thí nghiệm và cách sử dụng.
C./TỔ CHỨC THÍ NGHIỆM
4 bài thí nghiệm được chia đều cho các sinh viên thành từng nhóm, mỗi
nhóm được giảng viên hướng dẫn trực tiếp thực hành thí nghiệm:
Bài 1: Thí nghiệm kéo thép.
Bài 2: Xác định modun biến dạng trượt G. Bài 3: Xoắn thanh tròn. Bài 4: Dầm chịu uốn.
D./KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Được trình bày cụ thể trong báo cáo. SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 1 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường
BÀI 1 THÍ NGHIỆM KÉO THÉP
1./ T iêu chuẩn thí nghiệm:
Tiêu chuẩn này quy định phương pháp thử kéo vật liệu kim loại và xác
định các đặc tính cơ học ở nhiêt độ thường ( 100 - 350 ). 2./ M
ục đích thí nghiệm:
-Xác định giới hạn chảy σc và giới hạn bền σb của thép.
-Xác định độ dãn dài tương đối εcủa thép.
3./ T hiết bị thí nghiệm:
Máy nén thủy lực WAW-1000E SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 2 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường
BÀI 1 THÍ NGHIỆM KÉO THÉP (mẫu 1)
Kích thước mẫu 1: -Trước khi kéo: Chiều dài: L0 = 502 mm -Sau khi kéo: Chiều dài: L1 = 608 mm
Trình tự thí nghiệm:
Bước 1: Xác định đường kính gân dọc, đường kính gân xiên, đường kính lõi và bước gân. Đo lõi thép Đo gân dọc SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 3 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường Đo bước gân
Bước 2: Xác định chiều dài mẫu thép, cân trọng lượng mẫu thép để xác
định đường kính tương đương. Đ o c h i ề u d à i m ẫ u Cân mẫu thép
Bước 3: Khắc vạch lên mẫu thử với khoảng cách là 5 lần đường kính danh nghĩa.
Bước 4: Theo dõi quá trình tăng tải và biến dạng của mẫu, ghi lại các số
liệu hiển thị trên thiết bị thí nghiệm theo từng giai đoạn gia tải cho đến khi mẫu bị kéo đứt. SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 4 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường
Kẹp mẫu thép vào máy nén
Đồ thị ở giai đoạn tái bền SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 5 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường
Đồ thị khi mẫu bị phá hủy Mẫu bị phá hủy
Bảng số kết quả thí nghiệm kéo thép mẫu 1 STT Đường kính (mm) Trọng Chiều Lực Lực Độ Danh Lõi Gân Gân lượng dài kéo kéo dãn SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 6 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường định dọc xiên (g) (mm) chảy đứt (mm) (kN) (kN) Mẫu 1 ∅16 14.9 16.7 16.7 752.6 502 73 109 106
Bảng tính toán giới hạn chảy và giới hạn bền của thép mẫu 1 STT dtd A Lực Giới hạn chảy Lực kéo Giới hạn bền (mm) (mm2) kéo σ c(daN/cm2) đứt (kN) σ b(daN/cm2) chảy (kN) Mẫu 1 15.59 190.89 73 382.42 109 571.01
Tính toán các kết quả thí nghiệm:
- Đường kính tương đương: dtd = √4M .1000= ×1000=¿ 15.59 πρL √ 4×752.6 π × 7850× 502 (mm) 2
- Diện tích thanh thép : A = π dtd (mm2)= π×15.592=190.89(mm2) 4 4
- Giới hạn chảy :σc=l ự c kéoch ả y = 73 =0.38242 ) di ệ ntích 190.89 ( kN
mm2 )=382.42( daN cm2 - Giới hạn bền
:σb= lự ckéo đ ứ t = 109 =0.57101 diệ ntích 190.89 ( kNmm2)=571.01¿ L
- Độ dãn dài tương đối : ε= 1−L0 .100(%)=106−80 .100( %)=32.5(%) L0 80 - 1KN = 100daN - 1mm2 = 1x10-2cm2
Biểu đồ kéo thép của mẫu 1: SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 7 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường σ b σc
Nhận xét quá trình kéo mẫu:
-Đầu tiên, kẹp mẫu thép vào máy kéo thép và bắt đầu tăng lực kéo, ở
giai đoạn thứ nhất khi tải tác dụng lên mẫu từ 0 – 70 kN thì lực và biến dạng
của mẫu tăng cùng nhau, đồ thị lúc này có dạng là một đường thẳng. Đây là
giai đoạn đàn hồi của mẫu.
-Tiếp theo, khi ta tăng tải tác dụng lên mẫu thì hệ số biến dạng tăng cao
nhưng tải trọng tăng ít, đồ thị lúc này có dạng một đường cong lên xuống theo
phương ngang của biểu đồ, đây là giai đoạn chảy ứng với tải trọng khoảng 73
kN, giới hạn chảy là 382.42 (daN/cm2).
-Khi tăng tải lần 3 thì trên biểu đồ thấy được hệ số tải trọng và hệ số biến
dạng của mẫu tăng cao đột biến, đồ thị lúc này có dạng là một đường cong,
đây là giai đoạn tái bền của mẫu với tải trọng lớn nhất khoảng 109 kN và giới
hạn bền là 571.01 (daN/cm2). Lúc này mẫu đã bắt đầu xuất hiện dấu vết phá hoại. SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 8 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường
-Tăng tải lần 4 thì trên biểu đồ hệ số tải trọng bắt đầu lên xuống còn hệ
số biến dạng vẫn tiếp tục tăng, 1 lúc sau thì có tiếng nổ và mẫu bị đứt tại vị trí
bị phá hoại ở giai đoạn tăng tải lần 3.
-Khi đo mẫu lại thì chiều dài của mẫu thép tăng thêm 106 mm, tổng chiều dài của mẫu là 608 mm
BÀI 1 THÍ NGHIỆM KÉO THÉP (mẫu 2)
Kích thước mẫu 2: -Trước khi kéo: Chiều dài: L0 = 499 mm -Sau khi kéo: Chiều dài: L1 = 602 mm
Bảng số kết quả thí nghiệm kéo thép mẫu 2 STT Đường kính (mm) Trọng Chiều Lực Lực Độ Danh Lõi Gân Gân lượng dài kéo kéo dãn định dọc xiên (g) (mm) chảy đứt (mm) (kN) (kN) Mẫu 1 ∅16 14.8 16.6 16.6 750.8 499 71 102 103
Bảng tính toán giới hạn chảy và giới hạn bền của thép mẫu 2 STT dtd A Lực Giới hạn chảy Lực kéo Giới hạn bền (mm) (mm2) kéo σ c(daN/cm2) đứt (kN) σ b(daN/cm2) chảy (kN) Mẫu 1 15.62 191.62 71 370.52 102 532.30
Biểu đồ kéo thép của mẫu 2: SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 9 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường σ b σ c
Tính toán các kết quả thí nghiệm:
- Đường kính tương đương: dtd = √4M .1000= × 1000=¿ 15.62 πρ L √ 4×750.8 π ×7850 × 499 (mm) 2
- Diện tích thanh thép : A = π dtd (mm2)= π×15.622=191.62(mm2) 4 4
- Giới hạn chảy :σc=l ự c kéoch ả y = 71 =0.37052 di ệ ntích 191.62 ( kNmm2)=370.52 - ¿) - Giới hạn bền
:σb=lự ckéo đ ứ t = 102 =0.53230 ) diệ ntích 191.62
( kNmm2)=532.30(daNcm2 L
- Độ dãn dài tương đối : ε= 1−L0 .100(%)=103−80 .100(%)=28.75(%) L0 80 SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 10 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường
Nhận xét quá trình kéo mẫu:
-Đầu tiên, kẹp mẫu thép vào máy kéo thép và bắt đầu tăng lực kéo, ở
giai đoạn thứ nhất khi tải tác dụng lên mẫu từ 0 – 70 kN thì lực và biến dạng
của mẫu tăng cùng nhau, đồ thị lúc này có dạng là một đường thẳng. Đây là
giai đoạn đàn hồi của mẫu.
-Tiếp theo, khi ta tăng tải tác dụng lên mẫu thì hệ số biến dạng tăng cao
nhưng tải trọng tăng ít, đồ thị lúc này có dạng một đường cong lên xuống theo
phương ngang của biểu đồ, đây là giai đoạn chảy ứng với tải trọng khoảng 71
kN, giới hạn chảy là 370.52 (daN/cm2).
-Khi tăng tải lần 3 thì trên biểu đồ thấy được hệ số tải trọng và hệ số biến
dạng của mẫu tăng cao đột biến, đồ thị lúc này có dạng là một đường cong,
đây là giai đoạn tái bền của mẫu với tải trọng lớn nhất khoảng 102 kN và giới
hạn bền là 532.30 (daN/cm2). Lúc này mẫu đã bắt đầu xuất hiện dấu vết phá hoại.
-Tăng tải lần 4 thì trên biểu đồ hệ số tải trọng bắt đầu lên xuống còn hệ
số biến dạng vẫn tiếp tục tăng, 1 lúc sau thì có tiếng nổ và mẫu bị đứt tại vị trí
bị phá hoại ở giai đoạn tăng tải lần 3. Mẫu bị kéo dài 103 mm.
Bài 1 Thí nghiệm kéo thép (mẫu 3)
Kích thước mẫu 3: -Trước khi kéo: Chiều dài: L0 = 500 mm
Bảng số kết quả thí nghiệm kéo thép mẫu 3 STT Đường kính (mm) Trọng Chiều Lực Danh Lõi Gân Gân lượng dài kéo định dọc xiên (g) (mm) chảy (kN) Mẫu 1 ∅16 14.6 16.4 16.4 751.5 500 72
Bảng tính toán giới hạn chảy và giới hạn bền của thép mẫu 3 STT dtd A Lực Giới hạn chảy Lực kéo Giới hạn bền (mm) (mm2) kéo σ c(daN/cm2) đứt (kN) σ b(daN/cm2) chảy (kN) Mẫu 1 15.61 191.38 72 376.21 103 543.42 SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 11 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường
Biểu đồ kéo thép của mẫu 3: σ b σ c
Tính toán các kết quả thí nghiệm:
- Đường kính tương đương: dtd = √4M .1000= ×1000=¿ 15.61 πρL √ 4×751.5 π × 7850× 500 (mm) 2
- Diện tích thanh thép : A = π dtd (mm2)= π×15.612=191.38(mm2) 4 4
- Giới hạn chảy :σc=l ự c kéoch ả y = 72 =0.37621 di ệ ntích 191.38
( kNmm2)=376.21(daNcm2) - Giới hạn bền
:σb= lự ckéo đ ứ t = 104 =0.54342 ) diệ ntích 191.38
( kNmm2)=543.42(daNcm2
Nhận xét quá trình kéo mẫu: SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 12 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường
-Đầu tiên, kẹp mẫu thép vào máy kéo thép và bắt đầu tăng lực kéo, ở
giai đoạn thứ nhất khi tải tác dụng lên mẫu từ 0 – 71 kN thì lực và biến dạng
của mẫu tăng cùng nhau, đồ thị lúc này có dạng là một đường thẳng. Đây là
giai đoạn đàn hồi của mẫu.
-Tiếp theo, khi ta tăng tải tác dụng lên mẫu thì hệ số biến dạng tăng cao
nhưng tải trọng tăng ít, đồ thị lúc này có dạng một đường cong lên xuống theo
phương ngang của biểu đồ, đây là giai đoạn chảy ứng với tải trọng khoảng 72
kN, giới hạn chảy là 376.21 (daN/cm2).
-Khi tăng tải lần 3 thì trên biểu đồ thấy được hệ số tải trọng và hệ số biến
dạng của mẫu tăng cao đột biến, đồ thị lúc này có dạng là một đường cong,
đây là giai đoạn tái bền của mẫu với tải trọng lớn nhất khoảng 103 kN và giới
hạn bền là 543.42 (daN/cm2). Lúc này mẫu đã bắt đầu xuất hiện dấu vết phá hoại.
-Tăng tải lần 4 thì trên biểu đồ hệ số tải trọng bắt đầu lên xuống còn hệ
số biến dạng vẫn tiếp tục tăng, 1 lúc sau thì có tiếng nổ và mẫu bị đứt tại vị trí
bị phá hoại ở giai đoạn tăng tải lần 3.
NHẬN XÉT CHUNG 3 THÍ NGHIỆM KÉO THÉP
 Cả 3 mẫu thép khi thí nghiệm đều có 3 giai đoạn : giai đoạn đàn
hồi, giai đoạn chảy và giai đoạn tái bền.
 2 mẫu thép biến dạng lớn ( mẫu 1 là 106mm, mẫu 2 là 103mm).
 Giới hạn chảy và giới hạn bền của 3 mẫu gần như tương đương
nhau, không sai lệch nhiều.
 Cả 3 mẫu thép bị phá hoại khi lực tác dụng lên rất lớn nên có thể
kết luận thép rất bền. Mác thép của mẫu CIII Mác thép Giới hạn chảy Giới hạn bền Độ giãn dài nhỏ nhất (MPa) nhỏ nhất (MPa) (%) CI 240 380 ≥ 25 CII 300 500 ≥ 19 CIII 400 600 ≥ 14
Bài 2 Xác định modun đàn hồi E của thép SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 13 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường
1./ T iêu chuẩn thí nghiệm: TCXD 192 – 2002.
Tiêu chuẩn này quy định phương pháp thử kéo vật liệu kim loại và xác
định các đặc tính cơ học ở nhiệt độ thường (100 - 350). 2./ M
ục đích thí nghiệm:
Xác định modun đàn hồi E của thép.
3./ T hiết bị thí nghiệm:
Máy nén thủy lực WAW 1000-E Thước kẹp Cân điện tử Thước thép SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 14 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường
4./ T rình tự thí nghiệm:
-Thí nghiêm này lặp lại các trình tự như thí nghiệm kéo thép bài 1.
+ Bước 1: Xác định đường kính gân dọc, đường kính gân xiên, đường kính lõi và bước gân.
+Bước 2: Xác định chiều dài mẫu thép, cân trọng lượng mẫu thép để
xác định đường kính tương đương khi tính toán.
+Bước 3: Khắc vạch lên mẫu thử với khoảng cách gấp 5 lần đường kính danh nghĩa.
+Bước 4: Theo dõi quá trình tăng tải và biến dạng của mẫu, ghi lại các
số liệu hiển thị trên thiết bị thí nghiệm theo từng giai đoạn gia tải cho đến khi mẫu bị kéo đứt.
5./ T ính toán kết quả thí nghiệm:
Modun đàn hồi được xác định theo quan hệ ứng suất và biến dạng theo
quy luật tuyến tính (đàn hồi) σ
E= 1−σ 2= ∆ σ
ε1−ε2 ∆ ε Với:
σ 1,σ2: Ứng suất tại hai điểm bất kỳ trong hai miền đàn hồi của mẫu.
ε1,ε2 : Biến dạng tương đối ứng với hai thời điểm ứng suất trên.
Lần lượt lấy các điểm trong miền đàn hồi ( tối thiểu 5 điểm với 4 lần gia tải) STT d σ σ ε td A 1 2 1 ε2 E Trung (mm) (mm2) (Mpa) (Mpa) bình Gia tải 15.59 190.89 0.31 0.25 0.33 0.56 0.26 0.47 lần 1 Gia tải 15.62 191.62 0.25 0.19 0.56 0.84 0.21 lần 2 Mẫu thép 3 không đạt SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 15 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường Mẫu thép 1 SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 16 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường Mẫu thép 2 SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 17 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường Mẫu thép 3 SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 18 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường 6./ Nh
ận xét và đánh giá thí nghiệm:
-Lấy 5 điểm trong miền đàn hồi, dựa vào biểu đồ ta biết được ứng suất
tại 2 điểm trong miền đàn hồi ấy và biến dạng tương đối của 2 mẫu thép tại 2
điểm đó. Ta thấy biến dạng tương đối tăng lên theo các lần gia tải.
-Từ đó Modun đàn hồi được xác định theo quan hệ ứng suất và biến
dạng theo quy luật tuyến tính (đàn hồi) σ
E= 1−σ 2= ∆ σ
ε1−ε2 ∆ ε
-Qua các lần gia tải ta thấy modun đàn hồi E giảm xuống ( lần 1 là 0.26
Mpa, lần 2 là 0.21 Mpa.) Modun đàn hồi thay đổi khi diện tích và đường kính thay đổi. SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 19 /38
Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu GVHD: Lê Thanh Cường
BÀI 3 XÁC ĐỊNH MODUN BIẾN DẠNG TRƯỢT G CỦA THÉP 1./ M
ục đích thí nghiệm:
-Xác định modun đàn hồi trượt G của thép.
2./ T hiết bị thí nghiệm: Máy thử xoắn NDW-200 Thước kẹp
3./ T rình tự thí nghiệm:
Bước 1: Xác định kích thước mẫu thí nghiệm.
Bước 2: Đưa mẫu vào ngàm kẹp, điều chỉnh vị trí ngàm đúng với kích thước mẫu.
Bước 3: Tăng momen xoắn liên tục với vận tốc không đổi.
Bước 4: Quan sát biểu đồ quan hệ momen xoắn / góc xoắn / biến dạng.
Bước 5: Ghi lại các số liệu thí nghiệm
BẢNG SỐ LIỆU KÍCH THƯỚC MẪU Thanh L (mm) L1 (mm) d (mm) D (mm) s (mm) Đồng nhỏ 140.3 99.3 8 16 14 Đồng lớn 140.2 100.5 10 16 14 Thép nhỏ 140 99.5 8 16.5 13.8 Thép lớn 140 100. 10 16.5 13.8 SVTH: Trần Đức Thanh MSSV: 1351020105 20 /38