تحقیق آزمایش مقاومت مصالح

به نام خدا
آزمایشگاه مقاومت مصالح

آزمایشگاه مقاومت مصالح
هدف از آزمایشگاه مقاومت مصالح :
کلیه قطعاتی که در ماشینها و دستگاههای صنعتی بکار برده می شود دارای مقاومت و سختی های مربوط به خود هستند که مهندسین بعد از طرح ریزی یک ماشین یا دستگاه صنعتی و کلیه محاسبات مربوط به نیروهای وارد بر هر قطعه از این دستگاهها می بایست که قطعات فوق را با قطعه ای با جنس همان از نظر سختی و مقاومتشان مورد آزمایش قرار می دهند تا متوجه شوند آیا قطعه مزبور تحمل نیروها و یا تنش های وارد بر خود را دارد یا نه؟ این سختی ها توسط ماشین ها و دستگاههای مختلف انجام می شود .
مقاومت مصالح چیست ؟
وقتی جسمی تحت تاثیر نیروی خارجی قرار می گیرد بر حسب مقدار و نحوه تاثیر نیرو از خود مقاومتهای مختلفی نشان می دهد . علمی که نحوه اثر نیرو به اجسام و عکس العمل را که آنها از خود نشان می دهد را بررسی می کند را مقاومت مصالح می گویند .
مقاومت مصالح از روابط و نسبت بین نیروهای خارجی و قوای داخلی اجسام ( قوای به هم چسبندگی) ذرات جسم بحث می کند . این روابط به جنس جسم و ابعاد جسم و نحوه وارد آمدن نیرو بستگی دارد .
اصطلاحات رایج در مقاومت مصالح :
استحکام :
استحکام یا مقاومت عبارت است از حداکثر ایستادگی قوای داخلی جسم در مقابل نیروهای خارجی .
تلاش :
مقاومتی که مولکول های جسم در مقابل نیروهای خارجی برای جلوگیری از تغییر فرم نشان می دهند تلاش نام دارد .
تنش : برای سنجش استحکام جسم معمولا نیرویی که بر واحد مسطح اثر می کند به حساب آورده و آن را تنش گویند .

آزمایشات مقاومت ومصالح
1:آزمایش کشش
هدف : بوسیله آزمایش کشش فلزات و رسم دیاگرام تنش و تغییر طول نسبی ( نسبت تغییر طول به طول اولیه ) می توان اطلاعات لازم را درباره چگونگی تاثیر نیرو به ذرات جسم و عکس العمل را که جسم با افزایش نیرو از خود نشان می دهد بدست آورد .

ساختمان دستگاه آزمایش کشش
شامل یک فلکه سیلندر و پیستون هیدرولیکی برای اعمال نیرو به فک متحرک پیستون حرکت دهنده فک متحرک _ فک ثابت _ رگلاتور _ نیرو سنج ( بر حسب Kn ) ساعت اندازه گیری با دقت 0.01 میلیمتر .
نحوه آزمایش :
چنین خواهد بود که نمونه ای از جسم به طول و سطح مقطع معین تهیه و آن را بین دو گیره دستگاه آزمایش کشش بسته و ابتدا جسم را تحت تاثیر نیروی کمی قرار داده و ازدیاد طول ناشی از اعمال این نیرو را اندازه می گیریم . عمل فوق را با نیروهای بیشتر تا بدان جا ادامه می دهیم که منجر به پاره شدن نمونه مورد آزمایش قرار گیرد . حال اگر مشخصات بدست آمده را در روی محور مختصاتی که محور عمودی آن نمودار تنش و محور افقی آن درصد افزایش طول نسبی را نشان می دهد منتقل کرده و آن ها را به هم وصل می کنیم . دیاگرام شبیه دیاگرام زیر بدست می آید که در آن حدود نشان داده شده در دیاگرام قابل تشخیص است .
شرح آزمایش
ابتدا در حدود 0.5 Kn نیرو وارد می کنیم تا لقی را بگیریم و سپس ساعت اندازه گیر را صفر کرده و عقربه های نیروسنج را با هم هماهنگ می کنیم . بعد نیرو را0.5 Kn به ترتیب اضافه می کنیم . به این کار ادامه می دهیم تا قطعه از هم بشکند.

mpa60

40mpa

20mpa

0.2 1.90 0.004

آزمایش شماره دو

تست پیچش

عنوان : محاسبه ضریب ارتجاعی برش

اعضایی که تحت پیچش قرار می گیرند در کارهای مهندسی زیاد به چشم می خورند . در این آزمایش عضوی را که تحت پیچش قرار دارد مورد بحث و بررسی قرار می گیرد . این پیچش در اثر اعمال یک گشتاور یا کوپل روی عضو صورت می گیرد . شفت مدوری را که یک انتهایش به تکیه گاه ثابت محصول است در نظر بگیرید . اگر گشتاور (T) به انتهای دیگر این شفت یا میله اعمال می گردد . شفت پیچش خورده و انتهای آزاد آن به اندازه (𝓟) می چرخد این زاویه را زاویه پیچش می نامند . آزمایشات و مشاهدات انجام یافته نشان می دهد که در یک محور مشخص از گشتاور(T) زاویه پیچش (𝓟) باگشتاور متناسب است . همچنین زاویه (𝓟)با طول شفت نیز متناسب می باشد . ( زاویه پیچش )در ناحیه الاستیک که از رابطه : 𝓟=T.L/G.J بدست می آید .
معادله فوق ما را به یک روش راحت برای تعیین مدول صلابت یا ضریب ارتجاعی بررشی یک ماده داده شده مجهز می نماید . نمونه ای از این ماده به شکل یک مفتول استوانه ای با قطر و طول معلوم در یک ماشین آزمایش پیچش سوار شده و گشتاور اعمال می شود و مقادیر زاویه پیچش (𝓟) ثبت می شود.

آزمایش زیربروی قطعه ای ازجنس مس باقطرهای mm10وmm5

صورت گرفته است.

τ=(t.c)/j ρ=(t.l)/(j.g)

گشتاور=t
شعاعC=
ممان اینرسیJ=

ممان اینرسی دایره توپر
j=π/2 c^4

دایره خالی
) c^4 – c^4 ( j=π/2

τ=(1.9×9.8×10×5×10)/(π/2×5^4 )=9.48 mpa

τ=(1.9×9.8×15×5×10)/(π/2×5^4 )=14.32 mpa

τ=(1.9×9.8×19×5×10)/(π/2×5^4 )=18.02 mpa

18.02

14.32

9.48

)نمودار زاویه پیچش برای مس باقطرmm10 )
5.5 4.5 2

τ=(1.9×9.8×10×2.5×10)/(π/2×〖2.5〗^4 )=75.91 mpa

τ=(1.9×9.8×15×2.5×10)/(π/2×〖2.5〗^4 )=113.86 mpa

τ=(1.9×9.8×19×2.5×10)/(π/2×〖2.5〗^4 )=144.23 mpa

144.23

113.86

75.91

)نمودار زاویه پیچش برای مس باقطرmm5)
20 16 13

آزمایش شماره سه

هدف:محاسبه مقدار مقاومت در برابر ضربه .

جنس و محیط در مقاومت به ضربه بستگی دارد .

بررسی مواد مختلف و حرارتهای مختلف :

یک ماده با وجود انعطاف پذیری و استحکام بالایی که دارد تحت تاثیر عواملی می تواند ترد و شکسته شود بدین صورت که تحت آن شرایط تمایل به یک شکست ناگهانی با مقدار بسیار کمی تغییر شکل پلاستیکی پیدا می کند طبیعتا این پدیده می تواند خطراتی را به دنبال داشته باشد . عمده ترین عوامل موثر عبارتند از درجه حرارتهای پایین . سرعتهای بالای وارد آمدن تنش و حالت تنش سه محوری علت ظاهر گشتن حرارت محوری می تواند تجمع رسوبات با فازهای سخت مخصوصا در مرز دانه ها _ نفوذ گازها _ ایجاد عیوب ( جاهای خالی ) همچنین اثرات خوردگی و اکسیداسیون باشد از این جهت گفته می شود که در مواضع نظمی وجود دارد مقدار تنش ایجاد شده به طور موضعی از تنش شکست تجاوز کرده و ترک ظاهر و به محض شروع ترک تمرکز تنش پیش می آید و ترک گسترش یافته منجر به شکست می شود .
از مهمترین و متداولترین روشهای آزمایش ضربه دو روش شارپی و ایزود این دو روش تنها در طرز قرار گیری نمونه ها در دستگاه آزمایش ضربه با یکدیگر تفاوت دارند . از روش شارپی در انتهای نمونه به طور آزاد بر روی تکیه گاه قرار دارد و ضربه توسط آونگی که از نقطه تعاوش منحرف شده به پشت شیار نمونه وارد می شود .

از عوامل مهم در این آزمایش درجه حرارت است زیرا فلزات در درجه حرارت های بالاتر و یا انعطاف پذیرترند لذا برای شکست آنها انرژی بیشتری لازم است در درجه حرارت های پایین بیشتر فلزات رفتاری تردتر خواهند یافت به همین جهت در صنایع هواپیماسازی _ کشتی سازی _ قطارسازی _ پل سازی _ مخزن سازی لازم است که رفتار فلزات را در درجه حرارتهای پایین نیز مد نظر قرار دهند .

نحوه آزمایش :

یک پاندول که در حال نوسان می باشد(مانندشکل) دارای یک انرژی ثابت نیز می باشد و زمانیکه رها می شود حول محور خود نوسان می کند اگر عاملی جلو حرکت آن را نگیرد به همان ارتفاع قبلی در طرف دیگر بالا می رود ولی اگر عاملی جلو آن را بگیرد به علت از دست زاویه اولی دادن مقداری انرژی دیگر آن ارتفاع قبلی B زاویه را به دست نمی آورد مقداری از این انرژی صرف متلاشی کردن عامل بازدارنده ( قطعه کار ) و متواری دیگر انرژی هم مصرف بالا آمدن پاندول می شود اگر قطعه سخت و محکم باشد مقدار ارتفاع ( زاویه B ) کم می شود و اگر قطعه ضعیف تر باشد مقدار ارتفاع (زاویه B ) بیشتر می شود .

mgl×cos⁡〖α=12×9.81×75×cos⁡〖100=1533.13〗 〗=انرژی اولیه
= mgl×cos⁡〖β=12×9.81×75×cos⁡〖35=7232.3〗 〗انرژی ثانویه

5699.1 =7232.3-1533.13 =انرژی ثانویه ـ انرژی اولیه=شکست
محاسبات بالابرای قطعه مسی می باشد.

1533.13=انرژی اولیه

= mgl×cos⁡〖β=12×9.81×75×cos⁡〖70=3019.7〗 〗انرژی ثانویه
=1533.13 – 3019.7=1486.57شکست

محاسبات بالابرای قطعه برنجی می باشد.

1533.13=انرژی اولیه

= mgl×cos⁡〖β=11×9.81×75×cos⁡〖85=769.5〗 〗انرژی ثانویه

763.63=1533.13 – 769.5=شکست

محاسبات بالابرای قطعه آلومینیوم می باشد.

سختی سنجی برینل

یکی ازمعیارهای سختی است که براساس مقاومت مواد در برابرفرو رونده کروی شکل از جنس فولاد و کاربیدتنگستن سختی آنها را تعیین می کنند.
سختی این روش به صورت زیر محاسبه می شود:

BNH=2P/(πD(D-√((D^2-d^2 ) )))

دراین آزمایش یک فرورونده کروی از جنس فولادسخت یاکاربیدتنگستن دراندازه های2.5و5و10 میلی متربانیروهای خاص درسطح جسم فرومی رود.(قطر2.5کاربردی تراست.)

شرح کار ومحاسبات
در این آزمایش قطعه موردتست از فولادانتخاب شده که قبلاعملیات پرداخت آن انجام شده وسطحی کاملا صاف وصیقلی داشته سپس با توجه به مقدار ضریب نیرو وبرای عدد30انتخاب وباساچمه قطر2.5میلی مترتست انجام شده.قطراثرساچمه بروی قطعه توسط دستگاه اندازه گیری می شودوعدد1.069میلی متربدست می آید.

BNH=2P/(πD(D-√((D^2-d^2 ) )))

BNH=(2×187.5)/(π2.5(2.5-√((〖2.5〗^2-〖1.069〗^2 ) )))=199.04

آزمایش خمش یا خیز :

تیر افقی A.B را که در انتهای آن بر روی تکیه گاه ساده ای قرار گرفته و به قسمت وسط آن بار (F) اثر می کند در نظر بگیرید .

چنین باری که فرض شده در یک نقطه اثر می کند بار متمکز یا نقطه ای می گویند . چون تیر در حال تعادل قرار دارد و بار در وسط تیر اثر کرده است عکس العمل های (RB) و (RA) که به ترتیب مربوط به تکیه گاه های (A,B) می باشند هر کدام ( F/2) خواهند شد .
اگر بار وارده نسبت به تکیه گاه ها متقارن باشند نصف بار را یک تکیه گاه و نصف دیگر را تکیه گاه دیگر عمل می کند . تنش خمشی در یک تیر از رابطه E = m/w محاسبه می گردد که در آن m گشتاورmax و w آسایش مقطع به سطح مقطع تیر است .

هدف آزمایش :

یکی از فاکتورهای مهم در تیرها مقدار تغییر جابه جایی در امتداد محور y ها می باشد که در اثر اعمال نیرو متمرکز ایجاد می شود ( نیرو می تواند گسترده باشد ) در این آزمایش باید به این سوال پاسخ داده شود که اگر قطعه ای بین دو تکیه گاه قرار گیرد و یک بار f به آن وارد شود چه مقدار تغییر شکل در قطعه بوجود می آید.

21