دانلود مقاله آزمايشگاه مقاومت مصالح (تئوري و كاربرد) با فرمت ورد ودر 112 صفحه قابل ویرایش
قسمتی از متن مقاله
فهرست عناوین
آزمایش سختی3
ضربه8
آزمایش کشش14
آزمایش پیچش ارتجاعی مقاطع دایره ای شکل22
پیچش در حد پلاستیک30
خستگی38
آزمایش پیچش مقاطع توخالی جدارنازک47
کمانش تیر اویلری51
خمش نامتقارن56
خیز تیرهای منحنی و تئوری کاستیگلیانو67
کار مجازی72
مخزن جدار ضخیم تحت فشار داخل81
کمانش90
1. مقدمه
سختی یک ماده عبارت است از مقاومت آن ماده در برابر نفوذ جسم دیگر درون ماده. در صنعت سختی فلزات را به صورت مقاومت در برابر نفوذ جسم دیگر برروی فلز مورد نظر تعریف کرده آن را اندازهگیری میکنند. برای اندازهگیری سختی، جسم سختی با شکل معین را بر روی فلز مورد نظر قرار داده و بروی آن نیرویی قراردادی وارد میکنند و بر اساس اندازه و یا عمق اثر بجا مانده سختی را تعیین می کنند.
برای انجام آزمایشهای سختی روشهای متعددی وججود دارد که مقایسهی بین نتایج آنها مشکل است. زیرا جسم فرورونده، شرایط آزمایش و نحوهی وارد نمودن فشار یکسان نیست. معروفترین آزمونهای سختی عبارتند از: برینل، ویکرز و راکول. جدول زیر انتخاب نوع آزمایش مناسب برای مواد مختلف را نشان میدهد.
Material test | Soft | Medium Hard | Hard |
Brinell | * | * | |
Vickers | * | * | * |
Rockwell B | * | * | |
Rockwell C | * | * |
2. آزمایش برینل
در این آزمایش یک گلوله به قطر 5/2 ، 5 و یا 10 میلیمتر تحت تاثیر نیروی 25/1 تا 30 کیلونیوتون قرار می گیرد. بار برای مدت زمان معینی نگه داشته میشود که این مدت زمان برحسب نوع ماده متغیر است. (برای فولاد این زمان برابر 15 ثانیه است)
به وسیلهی میکروسکوپ اندازهگیر، قطر فرورفتگی اندازهگیری میشود و سپس به کمک جداول و یا رابطهی آزمایش برینل، سختی برینل HB به دست میآید. سختی برینل برابر است با بار تقسیم بر سطح کروی نفوذی (سطح عرقچین). آزمایش برینل را بروی مواد نرم و نیمه سخت میتوان انجام داد زیرا میزان فرورفتگی نسبتا زیاد است.
شکل 1 آزمایش برینل برای تعیین سختی جسم
2.2. مقررات آزمایش
برای داشتن یک فرورفتگی روشن و واضح، نمونهی آزمایش باید مسطح بوده و به خوبی صیقل داده شود. ضخامت نمونه باید حداقل 8 برابر عمق اثر باشد. مرکز اثر نیرو بایستی به اندازهی دوبرابر قطر فرورفتگی، از لبه فاصله داشته باشد.
|
2.3. تئوری آزمایش
پارامترهای اصلی در آزمایش برینل شامل موارد زیر است:
P : بار وارده بر حسب کیلوگرم
D : قطر گلوله بر حسب میلیمتر
d : قطر اثر گلوله بر حسب میلیمتر
شکل 2 آزمایش برینل |
t : عمق اثر برحسب میلیمتر
سختی برینل بر حسب رابطهی زیر قابل محاسبه است.
3. آزمایش ویکرز
در این آزمایش از یک اهرم مربع القاعدهی الماسی استفاده میشود. شکل هرم بگونهای است که کمترین میزان نیرو لازم است (50-1200 نیوتن) و فرورفتگی آنقدر کوچک است که نمونه تخریب نمیشود. برای تعیین قطر فرورفتگی از میکروسکوپ اندازهگیر استفاده میشود و سختی HV بدست میآید. سختی ویکرز عبارت است از خارج قسمت بار تقسیم بر سطح فرورفتگی هرم نمونه.
در این رابطه بار بر حسب kgf و قطر بر حسب mm است. چون بار وارد شده بسیار کم است از این آزمایش می توان برای مواد نازک و یا موادی که دارای لایه های سطح نازک هستند استفاده کرد.
4. آزمایش راکول
دو نوع آزمایش راکول عبارتند از:
الف. Rockwell B (B مخفف Ball) که در آن از یک گلولهی فلزی استفاده میشود.
ب. Rockwell C (C مخفف Cone) که در آن یک مخروط الماسی مورد استفاده قرار میگیرد.
در این آزمایش ماشین، عمق نفوذ را – به جای قطر – به کمک یک صفحهی مدرج که به نفوذکننده متصل است اندازه میگیرد. صفحهی مدرج به 100 قسمت تقسیم شدهاست. هرچه عمق فرورفتگی بیشتر باشد عدد سختی کوچکتر است. عمق نفوذ طوری تنظیم شده است که عدد راکول را مستقیما می توان روی صفحهی مدرج خواند. عدد سختی راکول به بار وارد شده، عمق نفوذ و شکل آن بستگی دارد. بنابراین انواع مختلفی از آزمایش راکول قابل انجام است. راکول B برای مواد نرم و نیمه سخت استفاده میشود. در حالی که آزمایش راکول C برای مواد سخت و نیمه سخت مورد آزمایش قرار می گیرد.
HB | d | D | P | جنس نمونه |
در این آزمایش از یک اهرم مربع القاعدهی الماسی استفاده میشود. شکل هرم بگونهای است که کمترین میزان نیرو لازم است (50-1200 نیوتن) و فرورفتگی آنقدر کوچک است که نمونه تخریب نمیشود. برای تعیین قطر فرورفتگی از میکروسکوپ اندازهگیر استفاده میشود و سختی HV بدست میآید. سختی ویکرز عبارت است از خارج قسمت بار تقسیم بر سطح فرورفتگی هرم نمونه.
در این رابطه بار بر حسب kgf و قطر بر حسب mm است. چون بار وارد شده بسیار کم است از این آزمایش می توان برای مواد نازک و یا موادی که دارای لایه های سطح نازک هستند استفاده کرد. آزمایش را در 4 نقطه از سطح نمونه انجام داده و برای عدد سختی ویکرز یک مقدار متوسط بیابید.
(Impact)
شکست ترد (Brittle Fracture) و فلزات از سالهای 1886 در تانک، کپسولهای فشار خط لوله و پلها مورد بررسب بوده است. در خلال جنگ جهانی دوم توجه زیادی به به شکست ترد جوشکاری در کشتیها و تانکرها مبذول میشد. بعضی از کشتیها هنگام حرکت در آب های متلاطم و یا هنگام توقف در لنگرگاه کاملا به دو نیمه شکسته میشدند. این اتفاق بیشتر در فصل زمستان اتفاق میافتاد و نشان دهندهی این واقعیت بود که برخی از انواع فولادها که در حالت معمولی نرم و انعطاف پذیرند(Ductile) تحت شرایطی ترد (Brittle) میشوند.
تحقیقات وسیعی در این زمینه صورت گرفه و معلوم شده است که برای کلیهی استفادههای ساختمانی فولاد لازم است که دارای مجموعهی مناسبی از استحکام (Strength) و سفتی (Toughness) باشد. استحکام مقاومت دربرابر تغییر شکل است و سفتی مقاومت در برابر گسیختگی (Fracture) میباشد. معمولا در یک جسم این دو خاصیت با هم نسبت عکس دارند و مثلا عملیاتی که اسنحکام فولاد را زیاد میکند معمولا سفتی را کاهش میدهند بنابراین دانستن میزان و راه اندازهگیری این خواص مهم است.
متاسفانه در حالی که استحکام را میتوان به سادگی بر حسب نقطهی تسلیم بیان کرد برای سفتی چنین شاخصی وجود ندارد. سادهترین راه اندازهگیری سفتی آن است که یک قطعه از جسم را با چکش ضربه زده و شکستن آن را بررسی کنیم. ولی چون نتایج چنین آزمایشی به عوامل دیگری از قبیل وضع نیرو و شکل نمونه بستگی دارد لازم است که آزمایش تحت شرایط معین و استاندارد صورت گیرد.
عوامل خارجی مهمی که موجب ترد و شکنندگی میپوند عبارتند از:
درجه حرارت پایین موجب بیشتر شکستهای ترد میباشند. فولادهایی که در کشش یا در پیچش رفتارشان کاملا به هم شبیه است. و آزمایش ضربه اختلاف زیادی را نشان میدهد و این اختلاف رفتار فولادها به این دلیل است که به هنگام ضربه نیرو به صورت شوک (و در یک لحظه) به آنها اعمال میشود.
آزمایش ضربه، مقدار انرژی لازم برای شکستن یک نمونهی استاندارد با یک ضربه را اندازه میگیرد این آزمایش معمولا در دماهای مهین انجام میگیرد. انرژی لازم برای شکستن جسم نمایانگر سفتی آن است. به عبارت دیگر سفتی یک ماده توانایی جذب انرژی در مقیاس پلاستیکی است. یکی از راههای تعریف سفتی محاسبهی سطح زیر منحنی تنش-کرنش است. این مساحت برابر مقدار کار لازم به واحد حجم قطعه برای شکستن آن است.
دیدگاه خود را ثبت کنید