Đề cương môn thí nghiệm sức bền vật liệu- Trường Đại học bách khoa - Đại học đà nẵng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
SỨC BỀN VẬT LIỆU
7GKI Ả N G VIÊN HƯỚNG DẪN:ĐƯỜNG HOÀNG TRUNG HIẾU
SINH VIÊN THỰC HIỆN:NGUYỄN DUY KHÁNH :NHÓM 3
HỌC BÀI 1 (THỨ 4 - 8H ĐẾN 9H30)
HỌC BÀI 2 (THỨ 5 - 8H ĐẾN 9H30)
HỌC BÀI 3 (THỨ 6 - 2H ĐẾN 3H30)
HỌC BÀI 4 (THỨ 2 - 2H ĐẾN 3H30) CÁC THÀNH VIÊN NHÓM:
-NGUYỄN DUY KHÁNH ;NGUYỄN CHÍ HẢI
- HUỲNH TẤN ĐẠT ;KHƯU THỊ KHÁNH HÂN
- ĐINH HOÀNG LONG;MAI BẢO LỘC Tháng 11-2018 1
BÀI 1 : ĐƯỜNG KÍNH DANH NGHĨA THÉP GÂN I.
MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:
- Xác định các thông số của thép gân bao gồm: đường kính danh nghĩa, bước gân, chiều cao gân.
- So sánh kết quả thép thực tế với cơ sở lý thuyết
- Đánh giá mức độ sai lệch của thép sản xuất II.
CỞ SỞ LÝ THUYẾT:
Thép thanh vằn có đường kính danh nghĩa đến 10mm được cung cấp dưới dạng cuộn hoặc
thanh, lớn hơn 10mm được cung cấp dưới dạng thanh.
Kích thước, khối lượng 1m chiều dài và sai lệch cho phép được nêu trong Bảng 2. Theo thỏa
thuận mua bán, có thể sử dụng các loại thép vằn khác với đường kính nêu trong Bảng
Bảng 2 – Kích thích, khối lượng 1m dài và sai lệch cho phép Đường kính Diện tích danh Khối lượng 1 m dài danh nghĩa nghĩa mặt cắt thanh a ngangb Yêu cầu c Sai lệch cho d A phép d n kg/m mm mm 2 % 6 28,3 0,222 ±8 8 50,3 0,395 ±8 10 78,5 0,617 ±6 12 113 0,888 ±6 14 154 1,21 ±5 16 201 1,58 ±5 18 254,5 2,00 ±5 20 314 2,47 ±5 22 380,1 2,98 ±5 25 491 3,85 ±4 28 616 4,84 ±4 32 804 6,31 ±4 36 1017,9 7,99 ±4 40 1257 9,86 ±4 50 1964 15,42 ±4
a Đường kính lớn hơn 50mm phải có sự thỏa thuận giữa nhà sản xuất và người mua.
Sai lệch cho phép trên từng thanh thải là ±4%. b An=0,7854 x a2
c Khối lượng theo chiều dài = 7,85 x 10-3 x An
d Sai lệch cho phép đối với một thanh đơn.
Chiều dài cung cấp phải được thỏa thuận giữa nhà sản xuất và người mua.
CHÚ THÍCH: Chiều dài cung cấp thông thường của các thanh thẳng là 12m. 1
6. Yêu cầu về gân
Thanh thép vằn phải có các gân ngang, các gân dọc là không bắt buộc.
Phải có ít nhất hai hàng gân ngang phân bố đều xung quanh chu vi của thanh. Các gân
ngang trong từng hàng phải được phân bố đều đặn trên toàn bộ chiều dài của thanh, trừ
vùng ghi nhãn. Các gân phải phù hợp với những yêu cầu nêu trong Bảng 3.
Bảng 3 – Yêu cầu về gân Đường kính danh nghĩa Gân có chiều Gân hình lưỡi cao không d liềm đổi mm Chiều cao của gân, Tất cả a, nhỏ nhất 0,05 d 0,065 d 0,5d c 6 d<10 0,7d 0,5d c 1,0d Bước gân, c d 10 0,5d c 0,5d c 0,8d 0,7d Độ nghiêng của gân ngang, Tất cả 350900 350750 Độ nghiêng cạnh của gân ngang, Tất cả 450 450 Chu vi không có Tất cả - 0,25d gân, fi ; lớn nhất
Yêu cầu về các thông số của gân có thể được qui định theo sự thỏa thuận giữa nhà sản xuất và
người mua ví dụ như bằng diện tích gân tương đối. Việc đo các thông số của gân phải được
tiến hành phù hợp với ISO 15630-1.
Các kích thước xác định hình dạng của gân trong Bảng 3 được mô tả trên Hình 1 đến Hình 4.
Khi có gân dọc thì chiều cao của gân không được vượt quá 0,15 d. CHÚ DẪN: 1. Gân dọc 2. Gân ngang
Hình 1 – Thanh thép vằn – Xác định hình dạng. 2 CHÚ DẪN: 1. Gân
2. Sự chuyển đổi theo hình tròn
Hình 2 – Độ nghiêng cạnh của gân, , và chiều cao gân, a- Mặt cắt A-A của Hình 1.
Hình 3- Ví dụ về thanh không xoắn với các gân thay đổi độ nghiêng theo trục dọc
Hình 4 – Ví dụ về thanh không xoắn với các gân ngang có chiều cao không đổi ( o = 90 ) III.
CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM:
Với khối lượng riêng của thép là 7800 kg/m3
Mỗi nhóm chọn 2 thanh thép để tiến hành đo các thông số Mẫu số Chiều dài L Khối lượng Đường kính danh nghĩa
Chiếu cao gân a Bước gân c Độ nghiêng gân m Kg mm mm mm 1 2 3 IV.
NHẬN XÉT KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: 4
BÀI 2: NÉN ĐÚNG TÂM
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:
- Quan sát liên hệ giữa lực tác dụng P và độ giãn tuyệt đối I
- Xác định đặc trưng cơ học của vật liệu
- Ta dựa vào các công thức sau:
+ Đối vật liệu dẽo (thép) ta xác định giới hạn chảy của vật liệu theo công thức: P ch = ch
Ao: Diện tích mặt cắt ngang A 0
+ Đối với vật liệu dòn (gang) ta xác định giới hạn bền của vật liệu theo công thức: P b = Ab 0
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT:
Dựa theo hai đồ thị nén mẫu thí nghiệm đối với hai loại vật liệu xác định giới hạn chảy và giới hạn bền: P P Pb Pch Ptl ΔL O Đồ O
thị nén mẫu thép
Đồ thị nén mẫu gang
III. MẪU THÍ NGHIỆM:
- Làm mẫu hình trụ tròn có chiều cao ho và đường kính do để tránh hiện tượng uốn cục bộ
khi nén, nên mẫu phải thỏa điều kiện: h l 0 2 d0
- Đường kính đó thường được chọn theo khả năng của máy thí nghiệm: d
IV. CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM:
Lấy hai mẫu thí nghiệm gồm hai loại: gang và thép theo điều kiện của mẫu cho phép. Ta
đo độ cao ho và đường kính do của từng mẫu bằng thước kẹp, đo hai lần lấy giá trị trung bình: Mẫu thí nghiệm h1 (mm) do (mm) 1.Thép (dẽo) 20.6 10 2.Gang (dòn) 19.12 9
Xác định tiết diện mặt cắt (Fo) theo công thức: d 2 2 A = 0 (mm ) 0 4 d 2 A = = …… (mm²) 0 + Mẫu 1: 0 4 d 2 A = = …… (mm²) 0 + Mẫu 2: 0 4
Dự đoán cấp tải của máy để đảm bảo an toàn trong phòng thí nghiệm là:
Pcấp tải > Aoσb > 9000 kg
V. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:
Trong quá trình thí nghiệm ta được các giá trị Po, Pb của mẫu: Mẫu ho do Ao Ptl Pch Pb Pphá hủy (mm) (mm) (mm) (kg) (kg) (kg) (kg) 1.Thép 1 20.6 18 2.Thép 2 20.4 10 3.Gang 19.12 9
1. Tính δch và δb đối với vật liệu dẽo và vật liệu dòn:
+ Đối với vật liệu dẽo: (mẫu thép) P = ch (mm²) ch A0
+ Đối với vật liệu dòn: (mẫu gang) = Pb (mm²) b A 0 2. Hình dạng phá hủy:
Dạng phá hủy của mẫu thép
Dạng phá hủy của mẫu gang
VI. NHẬN XÉT KẾT QUẢ: a. Đánh giá
* Đối với vật liệu dẽo: (mẫu thép)
- Ta có giới hạn chảy σch = …… (kg/mm²).
* Đối với vật liệu dòn: (mẫu gang)
- Ta có giới hạn bền σ = …… (kg/mm²)
Chứng tỏ gang chịu nén …… thép
b. Đánh giá quá trình tiến hành thí nghiệm
- Sai số: quá trình thí nghiệm đã xảy ra những sai số sau:
+ Sai số do thước đo: ±0.02 mm
+ Sai số do đọc máy: 20 kg
VII. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN
Bảng 1. Số liệu nén thép 1 và 2
Bảng 2. Số liệu nén gang
BÀI 3: KÉO ĐÚNG TÂM
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
* Quan sát mối quan hệ giữa lực tác dụng P và độ giãn tuyệt đối L
* Xác định các đặc trưng cơ , ℎ , = = = ℎ 0 0 0
* Xác định các đặc trưng tính dẻo của kim loại:
- Độ giãn dài tỉ đối: % = 1− 0 × 100% 0 −A1 × 100% -
Độ thắt tỉ đối: Ψ% = A0 A0
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT:
Dựa theo đồ thị kéo mẫu thí nghiệm, ta xác định được Ptl, Pch, Pb. P E Pb Pch C D Ptl A ΔL 0
Đồ thị kéo thép CT3
III. MẪU THÍ NGHIỆM:
Là mẫu thép thỏa điều kiện: Lo = 10do có dạng hình trụ tròn, hai đầu là hai trục có đường
kính là Do, còn ở giữa là hình trụ có đường kính do (do < Do), chỗ tiếp xúc được bo tròn, mẫu thí
nghiệm là mẫu nguyên không ghép nối. Lo D d h o L
IV. CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM:
- Đo kích thước mẫu (Lo,do) bằng thước kẹp
- Dự đoán giới hạn bền σ để định cấp tải trọng: Pcấp tải > σb.Ao
Vậy, lấy Pcấp tải = 10.000 kg
Các giá trị đo được thể hiện trong bảng sau: Mẫu Lo do Ptl Pch Pb L1 d1 (mm) (mm) (kg) (kg) (kg) (mm) (mm) 1. Thép 1 2.Thép 2
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: Khi 1 3 1 < < 23 1 thì L1 là khoảng cách giữa hai vạch giới hạn L 1 = AB
- Trường hợp 2: < 1 3 1
Gọi N số khoảng chia giữa AD
Gọi n số khoảng chia giữa AB với BE < AE A D x > 1/3 L1 L1 Hình 1 −
* Nếu (N – n) là số chẵn thì lấy L1 = AB + 2BC với= khoảng chia 2 − −1 − +1 khoả
* Nếu (N – n) là số lẻ thì lấy với ′ = , " = ng chia 2 2 A E B C D n (N – n)/2 số khoảng chia N số khoảng chia Hình 2 A B C’ C” D n (N - n)/2 N Hình 3 Mẫu Thép: 2 0 = ⋯ ( 2) = 0 4 2 2 = ⋯ ( ) 1 = 1 4 ℎ 2 = ℎ = ⋯ ( / ) 0 = = ⋯ ( / 2) 0
+ Độ giãn dài tỉ đối: % = 1− 0 × 100% = ⋯ % 0 + Độ thắt: % = 0− 1 × 100% = ⋯ % 0 2. Nhận xét * Với mẫu dẽo:
- Ở giai đoạn tỉ lệ: quan hệ giữa P và L là …
- Giai đoạn chảy: P tăng chậm nhưng biến dạng …
- Giai đoạn bền P tăng lên đến Pmax thì có một chỗ trên mẫu thí nghiệm bắt đầu …, sau đó lực kéo tăng dần nhưng L …
* So sánh với lý thuyết:
Qua biểu đồ thực tế ta thấy khả năng chịu kéo của thép …
3. Dạng phá hủy của mẫu: * Mẫu thép: Vết đứt VI. SỐ LIỆU KÉO MẪU
BÀI 4: DẦM CHỊU UỐN NGANG PHẲNG
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:
- Kiểm tra công thức tính chyển 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 modul 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 hai gối tựa chịu lực nén tập trung tại giữa nhịp: + Độ võng tại C: y = Pl 3 c 48 EJ x
+ Góc xoay tại 2 mặt căt A và B: = = Pl 2 A B 16 EJ x
+ Tính modul đàn hồi dọc E của vật liệu: E = Pl 3 48 yc J x
III. MẪU THÍ NGHIỆM:
Là những mẫu thép tiết diện hình chữ nhật P D B A yD C φB yC d L/2 L/2
IV. CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM:
* Đo các kích thước mẫu: b = 3.47 cm h = 1cm L = 0.2 cm d =28.6 cm
* Tính Pmax để sao cho vật liệu làm việc trong miền đàn hồi (Pmax < Ptl) Vậy lấy Pmax = .......
* Bố trí và tiến hành thí nghiệm
* Khi tính yC, yD, ta lấy modul 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 y
tg A = tg B = dD A = B
* Từ mặt cắt thiết diện dầm ta có: bh J = 3 = (mm ) 4 x 12 Bảng ghi số liệu Ta lấy Δ P = 30 Lực nén Thép 1 Thép 2 P (kg) yc (mm) φA (mm) yc (mm) φA (mm) P1= 30 0 2 0 2 P2=60 11 21 11 21 P3=90 21 49 21 51 P4 = 120 31 80 33 84 P5 = 150 42 113 42 119 P6 = 180 51 142 51 142 P7 = 210 61 170 61 170 P8 = 240 70 197 70 207 P9 = 270 80 225 84 236 P10 = 300 92 251 92 251
IV.KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: P P P P P yc yc yc y 0 c 1 Đồ lt tn thị P - yc Đồ thị P - yc P P P3 P2 P1 φ1 φ2 φ3 φ 0 A
Đồ thị P – φ lt A Đồ thị P - φA tn Nhận xét: lt
+ Giữa P và Y c có quan hệ …… nhưng …..
Điều này chứng tỏ thép là mẫu thí nghiệm ….., không liên tục hoàn toàn. Trái lại trong
giả thuyết ta giả sử rằng vật liệu là đồng nhất và liên tục nên đồ thị giữa P và Yltc là đường thẳng tn
+ So sánh ta thấy: Ylt c > Y c, điều này chứng tỏ thép là mẫu thí nghiệm ….. Tuy
nhiên trong tính toán thường có sai số: …..
BÀI 5 : ĐO CHUYỂN VỊ 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: 8PD3n λ = Gd4
- Tính giá trị modul đàn hồi trượt của vật liệu mẫu: 8PD3n G = λd4 -
Tính giá trị độ cứng k của vật liệu mẫu: Gd4 k = 8D3n II. CỞ SỞ LÝ THUYẾT:
Dựa trên công thức thuyết tính chuyển vị λ của lò xo khi bị ép 8PD3n λ = Gd4 III. MẪU THÍ NGHIỆM:
D: đường kính trục lò xo (mm).
d: đường kính dây lò xo (mm). n: số vòng lò xo (vòng).
(n làm tròn đến nữa vòng khi ≤20, cả vòng khi > 20)
= h0 – h1: chuyển vị lò xo. h: bước của lò xo (mm). : gó nghiêng của lò xo. P: lực nén của lò xo.
h1: chiều dài lò so sau khi nén (mm)
h0: chiều dài ban đầu của lò xo (mm) IV.
CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM: -
Đo các kích thước: D, d, n, h, ho, h1 D (mm) d (mm) n (vòng) h (mm)
- Đặt mẫu vào vị trí nén sao cho nén đúng tâm.
- Nén ban đầu một λ1 = 10 mm để ổn định lò xo. - Δ
Nén lò xo và đọc số chỉ lực theo từng
λ = 1mm, ghi kết quả vào bảng. 1
- Lập bảng ghi kết quả: Lấy Δ λ = 1mm = 1 vạch kim Lò xo 1 Lò xo 2 Chuyển vị Số liệu 1 Số liệu 2 Số liệu 3 Số liệu 4 Số liệu 5 Số liệu 6 λ1 = 11 mm P1 = 20 Kg P1 = 21 Kg P1 = 22 Kg P1 = 24 Kg P1 = 23 Kg P1 = 22 Kg λ2 = 12 mm P2 = 46 Kg P2 = 42 Kg P2 = 45 Kg P2 = 45 Kg P2 = 41 Kg P2 = 43 Kg λ3 = 13 mm P3 = 64 Kg P3 = 65 Kg P3 = 63 Kg P3 = 64 Kg P3 = 63 Kg P3 = 64 Kg λ4 = 14 mm P4 = 84 Kg P4 = 82 Kg P4 = 84 Kg P4 = 84 Kg P4 = 84 Kg P4 = 81 Kg λ5 = 15 mm P5 = 96 Kg P5 = 97 Kg P5 = 95 Kg P5 = 94 Kg P5 = 91 Kg P5 = 97 Kg λ6 = 16 mm P6 = 114 Kg P6 = 118 Kg P6 = 118 Kg P6 = 117 Kg P6 = 115 Kg P6 = 118 Kg λ7 = 17 mm P7 = 132 Kg P7 = 138 Kg P7 = 135 Kg P7 = 138 Kg P7 = 134 Kg P7 = 132 Kg λ8 = 18 mm P8 = 160 Kg P8 = 161 Kg P8 = 162 Kg P8 = 162 Kg P8 = 161 Kg P8 = 167 Kg λ9 = 19 mm P9 = 180 Kg P9 = 184 Kg P9 = 187 Kg P9 = 181 Kg P9 = 187 Kg P9 = 182 Kg λ10 = 20 mm P10 = 203 Kg P10 = 205 Kg P10 = 204 Kg P10 = 204 Kg P10 = 206 Kg P10 = 204 Kg V.
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:
1. Tính Modul đàn hồi trượt thực tế: 8PD3n λ = Gd4 Lần thí P (Kg) lt (mm) Gi (Kg/mm2) ki nghiệm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nhận xét: 2
2. Vẽ đồ thị P - lt và đồ thị P - tn P P (kg) P2 162 160 151 134 120 104 92 P 82 1 80 λ λ 1 λ2 (mm) 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Đồ thị P-λ Đồ lt thị P-λtn Nhận xét: 3