Учебно-методический комплекс по дисциплине «Материаловедение»

Скачать 1.82 Mb.

Название	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Материаловедение»
страница	8/13
Дата публикации	29.10.2014
Размер	1.82 Mb.
Тип	Учебно-методический комплекс

100-bal.ru > Право > Учебно-методический комплекс

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Раздел 2 Неметаллические материалы.
Лабораторные работы к темам 7, 8, 10-15
Лабораторная работа № 10
Определение деформационно-прочностных свойств

при одноосном растяжении

текстильных, кожевенных материалов и резин
Цель работы: изучение методики определения деформационно-прочностных свойств при одноосном растяжении текстильных, кожевенных материалов и резин

Оборудование и материалы: разрывная машина РТ-250М (FP-100/1), образцы текстильных полотен, кожи и искусственной кожи, резины; толщиномер.
10.1 Основные сведения
При одноосном полуцикловом растяжении материалов определяют следующие характеристики:

абсолютное удлинение рабочей части пробы материала, l мм:

l = l₁ l ,

(10.1)

где l₁  длина рабочей части элементарного образца материала при действии внешней силы Р, мм; l  длина рабочей части образца до приложения нагрузки, мм;

относительное удлинение рабочей части образца материала, :

 = 100%[ (l₁ l) / l ] = 100%(l/ l ) ;

(10.2)

напряжение, возникающее в материале в ответ на действие внешней силы, , МПа:

 = 10· Р/ F ,

(10.3)

где: Р  действующая сила, даН; F  площадь поперечного сечения образца материала, мм²; F = bh, b  ширина, мм, и h  толщина, мм;

прочность  сила, которую необходимо приложить к образцу материала для его разрушения, Р^*, даН;

предел прочности  напряжение, предшествующее разрушению материала, ^*, МПа:

s^* = 10· Р^*/ F .

(10.4)

коэффициент поперечного сокращения   :

 = _поп/_прод ,

(10.7)

где _поп  относительная деформация (относительное сокращение) образца в поперечном направлении:

_поп = 100%(b  b₁)/b;

(10.8)

b  ширина рабочей части образца материала до растяжения; b₁ ширина рабочей части образца при заданном значении Р ; _прод относительная деформация рабочей части образца в продольном направлении.

Материалы, применяемые для производства изделий лёгкой промышленности, не подчиняются закону Гука, поэтому уравнение зависимости Р = f(l) (рис. ) имеет степенной вид:

 = АQⁿ ,

(10.9)

где А  коэффициент растяжимости материала, Н^¹ (даН^¹); Q = 0,1P; n  показатель степени.

Рис. 10.1 График растяжения образца материала

Рис. 10.2 Графики растяжения образцов материалов до Р = 0,75Р* , имеющих разное значение показателя степени n уравнения в уравнении  = АQⁿ

Рис. 10.3 Графическое определение показателя степени n и коэффициента

растяжимости А
Уравнение (10.9) описывает кривую растяжения материала только при действии на материал внешней силы Р  0,75Р^*.

Коэффициент растяжимости А для всех видов материалов определяется при действии на образец силы Р = 10 даН. Относительная деформация  при этой силе принимает значение _А, и, исходя из уравнения (10.9), _А численно равно А, так как при Q=1, значение Qⁿ= 1. Для расчёта _А из графика зависимости Р=f(l) определяют величину абсолютного удлинения l_A при Р = 10 даН (рис.10.1). Зная l_A, относительную деформацию _Авычисляют по формуле:

_А = 100(l_A/l) .

(10.10)

Показатель n можно рассчитать из формулы (10.9). Если прологарифмировать уравнение  = АQⁿ , то n = (lg  lgA)/lgQ . Показатель степени n вычисляют как среднеарифметическое значение n, рассчитанных при нескольких значениях Q и  .

Показатель степени n можно определить графическим способом. Зная величины lg и lgQ, строят график зависимости lg = f(lgQ). Тангенс угла наклона прямой к абсциссе равен показателю степени n, то есть tg = n (рис.10.3). В том случае, если ширина образца больше 10 мм, то коэффициент растяжимости материла А_b рассчитывается по формуле

A_b = A/bⁿ ,

(10.11)

где А  коэффициент растяжимости материла при b = 10 мм.

Для характеристики равномерности (изотропности) механических свойств материалов по площади применяют коэффициент равномерности (k_р):

k_р = П_min/П_max ,

(10.16)

где П_min и П_max  среднее арифметическое минимального и максимального значений одного из показателей механических свойств, найденных для разных направлений: прочности (Р^*), относительного удлинения (^*), предела прочности (^*) и др.

Характеристиками упругих свойств материалов при полуцикловых испытаниях являются:

условный модуль упругости  Е_у , Па ,(МПа):

Е_у = 100_у/_у ,

(10.17)

где _у условные напряжение; _у  условное относительное удлинение образца материала;

жесткость  D_у, даН, (Н):

D_у= 100(Р_у/_у) .

(10.18)

Рис. 10.4 Определение абсолютного условного удлинения
Характеристики Е_у и D_у определяют при заданных условиях, которые зависят от вида материала (табл.10.1).
Таблица 10.1 Значения напряжений и деформаций для определения условного модуля упругости материалов и жесткости

Наименование материала	Размеры рабочей части, мм		Величина действующей силы (напряжения) или деформации
	Длина	Ширина
Кожа: для верха обуви и подкладки	50	10	при  = 10 МПа, Р_у = F
для одежды	50	10	при  = 5 МПа, Р_у =0,5 F
Искусственная кожа: на тканой основе	100	20	l_пол = l_у = 0,75l^*
на нетканой основе	100	20	при  = 5 МПа, Р_у = 0,5 F
Все ткани, кроме шерстяных	200	50	l_пол = l_у = 0,75l^*
Ткани шерстяные	100	50	l_пол = l_у = 0,75l^*
Трикотажные полотна	100	50	l_пол = l_у = 0,75l^*
Нетканые полотна	200	50	l_пол = l_у = 0,75l^*
Войлок	100	50	при Р_у= 25F , Н
Картон	50	10	при Р= *
Мех для ремешков	25	5	при  = 5 МПа, Р_у = 0,5 F
для целых шкурок	25	5	при  = 10 МПа, Р_у = F
Синтетические материалы для деталей низа обуви	50	10	если ^* > 100% то ^* = 100% ( l=50м); если ^* < 100%. то _у = 0,4*

Для резин и других синтетических материалов, имеющих монолитную структуру, напряжение рассчитывают по формуле:

(10.19)

а предел прочности

(10.20)

Если деформация пробы монолитной резины * > 100%, то вычисляют истинный условный модуль упругости Е_у.и.при _у= 100%, то есть при l_у= 50 мм:

(10.21)

Так как _у = 100%, то

Е_у.и = 2(P_у/_у) = 2_{у. и} .

(10.22)

Cилу Р_у определяют из графика растяжения материала при l_у = 50 мм.

Если * < 100 %, Е_у и D_у резины вычисляют при условном напряжении _у = 0,4* по формулам:

 100% ,

D_у = 100Р_у/ _у ,

(10.23)
(10.24)

где _у  относительная деформация образца материала при нагрузке Р_у=0,4Р*.

Для резин и других высокоэластических материалов дополнительно определяют запас прочности (З) — показатель, характеризующий кратность превышения нагрузки разрыва над нагрузкой, испытываемой материалом в деталях изделия при эксплуатации:

(10.25)

где Р_25% — нагрузка, даН при деформировании образца материала на 25%.

Для тканей и трикотажных полотен определяют расчетное разрывное усилие Р_уд, даН, приходящееся на структурный элемент материала (в тканях — нить основы или утка, в трикотаже — петельный столбик или ряд):

Р_уд = Р^* /n ,

(10.26)

где n — число структурных элементов на ширине образца.
Удельное разрывное усилие, даНм/г, по длине и ширине текстильных полотен вычисляют по формуле

(10.27)

где _s — поверхностная плотность полотна, г/м² ; b — ширина образца, м.
В тканях, имеющих разную долю массы нитей основы и утка, удельное разрывное усилие (

) определяют с учетом доли массы разрываемой системы нитей:

(10.28)

где с — доля массы нитей той системы, по направлению которой идет разрушение образца.
Доли массы нитей основы и утка можно подсчитать исходя из показателей структуры ткани:

;

(10.29)

где

— линейная плотность нитей основы и утка, текс;

— число нитей основы и утка на 100 мм.

Для нетканого полотна при одинаковой для всех несущих нагрузку нитей линейной плотности Т и при известном числе несущих нитей по длине П_д или по ширине П_ш относительное разрывное усилие (

) вычисляют по формуле

или

(10.30)

Для кож рассчитывают напряжение при появлении трещин на лицевом слое, МПа:

_Т = Р_Т / F ,

(10.31)

где Р_Т — сила в момент появления трещин на лицевом слое образца, Н; F — средняя площадь поперечного сечения образца, м² .

Для картонов определяют коэффициент мокростойкости, который характеризует влияние влаги на механические свойства картона:

k_м = ^*_м/ ^* ,

(10.32)

где ^*_м и ^* – пределы прочности образца, МПа после замачивания и при нормальных условиях соответственно.
Сохраняемость свойств материалов:

А= П /П₀,

(10.33)

где П₀ – показатель свойств материала при нормальных условиях; П – после различных внешних воздействий.
10.2 Подготовка образцов материалов
Образцы кож вырубают из чепрачной части кож вдоль и поперёк линии хребта в количестве не менее двух по каждому направлению. Затем образцы маркируют и определяют толщину рабочей части. Для этого длину рабочей части образца  l, разбивают на пять равных участков (рис.10.5). После этого измеряют толщину (h_i) каждого участка образца. Измерив толщину образцов в размеченных участках, приступают к испытанию образцов кож на разрывной машине РТ-250М.
Таблица 10.2 Размеры образцов кож, мм

Кожа	l	b	a	c	r
Подошвенная и стелечная, для верха обуви хромового дубления, юфть обувная и шорно-седельная, подкладочная и прочие	50	10	20	25	5
Чепрак для ремней	200	30	40	60	5
Сыромять и ремни^*	200	20	30	60	5
Для шорно-седельных изделий	150	15	20	30	2,5
Овчина шубная	50	5	8	14	1,5

Рис. 10.5. Форма образца материала для одноосного растяжения

Определение показателей, характеризующих свойства тканей, осуществляется на образцах прямоугольной формы, имеющих следующие размеры:

L = l + 2a + c ,

где L  полная длина образца ткани; l  длина рабочей части образца, равная 200 мм; а  длина части образца, равная 25 мм, которая необходима для крепления в тисках динамометра; c  длина части образца, равная 100150 мм и необходимая для крепления груза предварительного натяжения.

С учётом сказанного, при l = 200 мм общая длина образца ткани равна 350400 мм, а при l = 100 мм общая длина образца равна 250300 мм.

Образцы вырезают шириной 60 мм, затем удаляют нити с двух сторон до ширины 50 мм.

При заправке образца ткани в зажимы разрывной машины используют грузы предварительного натяжения для выпрямления пробы. Величина груза предварительного натяжения зависит от поверхностной плотности и волокнистого состава ткани (табл.10.3).
Таблица 10.3

Все ткани, кроме шёлковых, с поверхностной плотностью, г/м²	Масса груза, кг
до 75	0,2
76500	0,5
501800	1
8011000	2
10011500	3
Шёлковые ткани, г/м²
до 300	0,2
301-500	0,5

Определение свойств мягких искусственных кож однослойного и многослойного строения на тканой (ИК), нетканой или комбинированной основах (СК), осуществляется на образцах прямоугольной формы, размеры которых приведены в таблице 10.4.
Таблица 10.4

Размеры проб, мм		Размеры рабочего участка, мм
ширина (b)	длина (L)	ширина (b)	длина (l)
20	220	20	100
50	220	50	100
50	320	50	200

Образцы для испытания вырезают из образцов мягких искусственных кож в продольном и поперечном направлениях относительно длины рулона. Количество образцов для испытания: 2 образца вдоль рулона, 2 образца поперёк рулона.

В том случае, если основой мягкой искусственной кожи является ткань, то перед испытанием к нижней части образца подвешивают груз предварительного натяжения, величина которого приведена в таблице 10.5.
Таблица 10.5

ширина рабочей части пробы (b), мм	масса груза, кгс
20	0,2
50	0,5

Для определения свойств резин при одноосном растяжении, а также других синтетических материалов, образцы в форме двусторонней лопатки вырубают из пластин в продольном и поперечном направлениях в количестве не менее 2-х (рис. 10.5). Длина рабочей части у проб резины l = 50 мм, ширина b = 10 мм, а значения а, с и r, соответствуют значениям образца кожи.

Порядок выполнения работы

Подготовить образцы материалов, провести их разметку.
Определить толщину образцов с помощью толщиномера.
Провести испытания образцов до разрыва, построить графики растяжения (диаграммы растяжения).
По полученным диаграммам растяжения рассчитать основные показатели деформационно-прочностных свойств испытанных материалов.

Вопросы для самопроверки:
1.Каким уравнением описывается зависимость Р = f(l ) для волокнисто-сетчатых материалов?

2. Какими методами можно определить величину показателя степени n?

3. По какой формуле рассчитывается напряжение для резин, имеющих монолитную структуру?

4. При каком условии определяется условный модуль упругости для кожи?

5. Как определить запас прочности резин?

6. Что такое коэффициент равномерности?

7. Что характеризует коэффициент мокростойкости?
Литература:[3,5].

Лабораторная работа № 11
Определение твердости материалов методом Шора
Цель работы: ознакомление с основными методами определения твердости материалов; с устройством и работой твердомеров.

Оборудование и материалы: твердомеры, образцы материалов;

ГОСТ 263-75. Резина. Метод определения твердости по Шору А.
Относительный метод определения твердости материалов реализуется с использованием игольчатого твердомера ТМ-2 (Шора).

Твердомер ТМ-2 имеет индентор 7 (рис.11.1), выполненный в форме усечённого конуса, выступающего над отверстием шайбы 6. Корпус 2 прибора устанавливают на пробу материала 8 . Металлическая пластинка 1 и индентор 7 упираются в поверхность пробы. Индентор 7 соединен с упругой металлической пластинкой, установленной в корпусе прибора. Упругая пластинка через механизм соединена со стрелкой 4, которая по шкале 3 регистрирует твердость материала в условных единицах. При нажатии на держатель прибора 5, шайба 6 соприкасается с поверхностью материала, а индентор 7 погружается в материал до тех пор, пока сила выталкивания материала не уравновесит силу упругой пластинки. Твёрдость измеряется в условных единицах от 0 до 100.

Тарировка прибора ТМ-2 проводится по определению твердости стеклянной пластинки. Прибор должен показать твёрдость в 100 ус. ед., а также на прилагаемой к прибору пружинной подставке. В этом случае прибор должен показать твердость в 60 ус. ед.

Твердость материала измеряется на пробе в трёх точках. Для этого прибор ставят на пробу, нажимают на держатель 5 и регистрируют по шкале 3 значение твердости в условных единицах. За результат испытаний принимают среднее арифметическое значение.

Рис. 11.1 Общий вид

прибора ТМ-2

Порядок выполнения работы

1. Подготовить плоские образцы материалов.

2. Согласно методике, изложенной выше, произвести измерения твердости образцов материалов методом Шора.

3. Провести сравнительный анализ полученных результатов.
Литература:[3,5].

Лабораторная работа № 12
Определение показателей свойств материалов при изгибе
Цель работы: изучить методы определения показателей свойств материалов разного назначения и вида при изгибе.

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 13

	Учебно-методический комплекс по дисциплине Материаловедение ...		Учебно-методический комплекс ростов-на-Дону 2009 Учебно-методический... Учебно-методический комплекс по дисциплине «Адвокатская деятельность и адвокатура» разработан в соответствии с образовательным стандартом...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Макроэкономика» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Методы оптимальных решений» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных, практических и лабораторных...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Медиапсихология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Искусствоведение» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психофизиология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «судебная медицина» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...
	Примерная структура, состав и содержание учебно-методического комплекса... Учебно-методический комплекс по дисциплине «Социология рекламной деятельности» составлен в соответствии с требованиями Государственного...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психология стресса» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психодиагностика» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы патопсихологии» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Анатомия цнс» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психофизиология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «земельное право» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы нейропсихологии» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Материаловедение»

Порядок выполнения работы

Порядок выполнения работы

Похожие: