Laboratorium zaawansowanych materiałów konstrukcyjnych.pdf

(2009 KB) Pobierz
Laboratorium zaawansowanych materiałów konstrukcyjnych
Zakład Mechaniki
Instytut Podstaw Budowy Maszyn
Politechnika Warszawska
Opracował: dr inż. Wojciech Kocańda
LABORATORIUM: ZAAWANSOWANE MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE
Studia magisterskie
ĆWICZENIA
LABORATORYJNE
1. Badania zmęczeniowe (specyfika badań nowych materiałów, wyznaczenie wykresu
trwałości zmęczeniowej, analiza trwałości zmęczeniowej, układów pętli histerezy,
makroskopowa analiza przełomów)
2. Badanie własności wytrzymałościowych materiałów ceramicznych /w tym materiałów
spiekanych/ i stopów metali nieżelaznych podczas próby
ściskania.
Analiza własności
materiałów, przełomu oraz rodzaju i kierunku przebiegu pęknięcia.
3. Zużycie
ścierne
materiału na przykładzie analizy doświadczalnej tarcia
konstrukcyjnego połączenia stożkowego.(Zakres obejmuje wyznaczenie teoretycznej
i doświadczalnej pętli histerezy konstrukcyjnej dla obciążeń badanej próbki oraz
porównanie tarcia konstrukcyjnego)
4. Badanie udarności tworzyw sztucznych: polimerów, kopolimerów, kompozytów
pultruzyjnych. Zapoznanie się z kompozytami z napełniaczami proszkowymi,
włóknem ciętym, biopolimerami.
5. Badanie niskocyklowego zmęczenia stopów lekkich (wyznaczanie krzywej
cyklicznego odkształcenia dla jednej próbki z zastosowaniem cykli relaksacyjnych
pomiędzy kolejnymi obciążeniami, określenie charakteru zmian zmęczeniowych,
analiza doboru materiału)
1. Badania zmęczeniowe – wykres trwałości zmęczeniowej
Celem
ćwiczenia
jest wyznaczenie wykresu trwałości zmęczeniowej, analizowanie trwałości
zmęczeniowej, układów pętli histerezy, makroskopowa analiza przełomów, omawianie specyfiki
badań nowych materiałów.
Duża część konstrukcji, obok statycznych obciążeń musi przenosić obciążenia okresowo
zmienne. Mogą to być np. podwozia samolotów obciążone startami i lądowaniami, rurociągi, w
których panują zmienne ciśnienia lub silniki samochodowe obciążane przy przyspieszaniu.
Konstrukcje te powinny w sposób bezpieczny i pewny wytrzymać określoną przez projektanta
liczbę takich obciążeń. W pracach projektowych pomocne, a czasami niezbędne są wyniki
badań zmęczenia materiałów przeprowadzonych w laboratoriach. Wymienione powyżej
zagadnienia wpływają na wybór materiału do badań doświadczalnych, a w następstwie na dobór
właściwego materiału. W
ćwiczeniu
przykładowe badania wykonywane są na próbkach
walcowych ze stopu aluminium EN AW-5251 o dużej zdolności do odkształceń plastycznych
oraz stopu EN AW-2017A.
1.1 Rodzaj próbek
Badania doświadczalne wykonywane są na próbkach walcowych gładkich przy obciążeniach
jednoosiowych - w celu identyfikacji podstawowych charakterystyk niskocyklowych. Próbki
wykonane są zgodnie ze stosownymi normami do tego typu badań i zakończeniami
dostosowanymi do uchwytów maszyny wytrzymałościowej.
Podstawowym warunkiem do spełnienia przy wyborze kształtu i wymiarów próbki jest
zapewnienie jednorodności stanu naprężenia lub odkształcenia na długości pomiarowej próbki.
Wybór rodzaju próbki zależy od warunków obciążenia i konieczności uniknięcia wyboczenia
oraz od anizotropii własności mechanicznych badanego materiału. Próbki walcowe zalecane są
dla amplitud odkształcenia całkowitego
εac
≤0,02,
a dla
εac
> 0,02 zalecane są próbki
klepsydryczne. Kształt części uchwytowej próbki zależy od rodzaju maszyny
wytrzymałościowej i jej uchwytów. Powinien on zapewnić dokładne ustawienie próbki w osi
obciążenia. Jest to szczególnie istotne w przypadku rozciągania –
ściskania.
Do przeprowadzenia prób wykorzystywane są próbki walcowe (Rys. 1.1). Próbki zostały
wykonane zgodnie ze stosownymi normami do tego typu badań i zakończeniami
dostosowanymi do uchwytów maszyny wytrzymałościowej
a)
b)
Rys. 1.1
Próbka walcowa użyta do badań a) rysunek wykonawczy i b) zdjęcie
Zaproponowany kształt ogranicza badania do badań przy amplitudzie odkształcenia
εac
≤0,02
jednak umożliwia zastosowanie ekstensometru liniowego będącego na wyposażeniu
maszyny wytrzymałościowej o bazie 8mm do pomiaru wydłużenia.
Część uchwytową zaprojektowano do współpracy z hydraulicznymi uchwytami zaciskowymi.
Ze względu na niewielką twardość materiału uchwyty takie zapewniały stabilne oraz osiowe
zamocowanie próbek.
Do badań wykonano dwa identyczne zestawy próbek ze stopu aluminium. Próbki posłużyły
również do przeprowadzenia prób statycznego rozciągania.
1.2. Opis stanowiska badawczego
W prowadzonym
ćwiczeniu
laboratoryjnym wykorzystano sterowaną numerycznie maszynę
wytrzymałościową MTS 809 (rys.1.2). Posiada ona napęd hydrauliczny i jest wyposażona w
dwie współosiowo położone głowice z uchwytami.
Rys. 1.2
Maszyna wytrzymałościowa MTS 809
Precyzję pomiarów oraz kontrolę procesu zapewniają elektroniczne czujniki przemieszczeń oraz
obciążeń, a co najważniejsze istnieje możliwość zapewnienia głowicom bezwładności poziomej,
dzięki czemu wyeliminowany zostaje niepożądany efekt powstawania momentu zginającego.
Maszyna MTS 809 jest częścią sterująco–pomiarowego sytemu MTS 809 Axial / Torsional Test
System.
MTS 809 Axial/Torsional Test System składa się z elementów przedstawionych na rysunku
1.3. Dwukierunkowa komunikacja pomiędzy interfejsem użytkownika, zrealizowanym w
oparciu o komputer PC, a maszyną wytrzymałościową odbywa się za pośrednictwem jednostki
sterującej. Wyjścia cyfrowe jakie posiada ta jednostka umożliwiają przyłączanie dowolnych
urządzeń mierzących i/lub rejestrujących wielkości mechaniczne.
Oprogramowanie TestStar II System Software umożliwia jednoznaczne programowanie
przebiegu procesu obciążania, zapewnia powtarzalność tych przebiegów dla większej liczby
próbek i daje możliwość modyfikacji programu bez potrzeby tworzenia go od podstaw. Za jego
pomocą można także kontrolować przebieg badania i rejestrować wyniki na dysku twardym
komputera w formacie ASCII.
Rys. 1.3
Schemat stanowiska badawczego
1.3 System pomiaru i rejestracji odkształceń
W
ćwiczeniu
pomiar odkształcenia dokonywany jest bezpośrednio z części pomiarowej próbki: za
pomocą ekstensometru dla próbek.
Użyto ekstensometru firmy MTS o symbolu 632,26C-20 o bazie pomiarowej 8mm i zakresie
pomiarowym
±
1.2 mm. Mocowanie ekstensometru do próbki (pokazanej na rys. 2.4) odbywało się
na jej pomiarowej powierzchni walcowej, za pomocą elementów sprężystych, tak aby noże nie
rysowały powierzchni. Stanowisko pomiarowe w którym do pomiaru odkształcenia próbki

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin