Министерство
образования и науки Челябинской области
Государственное
бюджетное образовательное учреждение
среднего
профессионального образования (ССУЗ)
«Копейский
горно-экономический колледж »
(ГБОУ
СПО (ССУЗ) «КГЭК»)
Е.А.Колмогорцева
Механические испытания, механические характеристики.
Предельные и допускаемые напряжения
Методическая разработка открытого учебного
занятия по дисциплине
«Техническая механика»
для
специальности190631 Техническое обслуживание и ремонт
автомобильного транспорта
Копейск
2012
Е.А.Колмогорцева - Копейск:
ГБОУСПО (ССУЗ) Копейский горно-экономический колледж, 2012 – 7с
Составитель
Е.А.Колмогорцева преподаватель – Копейского горно-экономического колледжа
Тема: Механические
испытания, механические характеристики.
Предельные и допускаемые напряжения
Тип учебного занятия:
комбинированный урок
Цели урока:
·
систематизация теоретических
знаний и развитие практических навыков по теме;
·
формирование умения
определять предельные и допускаемые напряжения, а так же коэффициент запаса
прочности;
·
знание студентами диаграмм
растяжения пластичных и хрупких материалов, порядок расчетов на прочность;
·
воспитание чувства
ответственности студентов за результаты своей работы.
План урока:
1
Механические испытания на растяжение и сжатие на разрывных машинах
2
Диаграмма растяжения. Основные зоны этой диаграммы
3
Диаграмма напряжения. Характерные точки данной диаграммы
4
Виды диаграмм растяжения
5
Предельные и допускаемые напряжения. Коэффициент запаса прочности
Ход урока:
1
Организационная часть
·
приветствие студентов,
проверка готовности;
·
ознакомление студентов с
темой и целями урока.
2
Повторение ранее изученного материала
Фронтальный
опрос по основным определениям и формулам.
3
Изучение нового материала
Объяснение
преподавателем новой темы с использованием схем и диаграмм.
Оформление
материала студентами в конспекте, выполнение необходимых чертежей.
4
Закрепление изученного материала
Студенты
выполняют расчеты на прочность при растяжении и сжатии.
Технический
диктант контроля усвоения материала.
5
Подведение итогов, выставление оценок.
6Домашнее
задание.
Обеспечение занятия:
компьютер, калькулятор, чертежные инструменты мультимедиа презентации.
Список использованных источников:
1
Вереина Л.И. Основы технической механики: учеб.пособие /Л.И.Вереина,
М.И.Краснов.- М.: Издательский центр “Академия”, 2010.-80с.
2
Интернет
3
Олофинская В.П. Техническая механика: Курс лекций с вариантами практических и
тестовых заданий: учебное пособие/В.П.Олофинская-2-е изд.- М.: Форум: Инфра-М,
2009.- 349с. – (Профессиональное образование).
Домашнее задание:
1
Составить опорный конспект
2
Проверить прочность
материала, если:
σ=320МПа;
σпц =720МПа; σт=800МПа; σв=1000МПа;
[ѕ]=2,5.
3
Подготовить презентацию о
механических испытаниях на кручение
Ход урока:
1 Организационная часть (слайд
1)
·
приветствие студентов,
проверка готовности;
·
ознакомление студентов с
темой и целями урока.
2 Повторение ранее изученного материала
Фронтальный опрос по основным определениям и формулам.
-
Раскройте содержание
понятия: сопротивление материалов как наука?
-
Объясните, какие силы в
сопротивлении материалов считают внешними?
-
Объясните, какие силы
являются внутренними?
-
Расскажите следующие
определения: деформация, виды деформации, упругие и пластические деформации, остаточная
деформация.
-
Расскажите, в чем состоит
метод сечения.
-
Расскажите, что такое внутренние
силовые факторы.
-
Объясните, что называют
механическим напряжением? Когда возникает нормальное напряжение? Единицы
измерения напряжения.
3 Сообщение новых знаний
1 Механические испытания на растяжение и сжатие на
разрывных машинах
(слайд 2)
При выборе материалов для элементов конструкции и
расчетов на прочность необходимо знать механические характеристики. Необходимые
сведения получают экспериментально при испытаниях на растяжение, сжатие, срез,
кручение и изгиб.
Простейшим видом деформации является деформация
растяжения или сжатие. Её можно характеризовать абсолютным удлинением,
возникающим под действием внешней силы. Это стандартные испытания проводят на
разрывных машинах Для испытаний на статическое растяжение используют образцы
как с круглым, так и с прямоугольным сечением. Предъявляются повышенные
требования к изготовлению образцов, как с точки зрения геометрии, так и с точки
зрения обработки резанием. Требуется высокая однородность диаметра образца по
его длине, соосность и высокое качество поверхности (малая шероховатость, отсутствие
царапин и надрезов). При изготовлении образцов следует избегать перегрева
материала и изменений его микроструктуры. Образец закрепляется в зажимах
разрывной машины и растягивается до разрыва. Машина снабжена прибором для
автоматической записи диаграммы растяжения. Наиболее наглядно особенности
диаграммы растяжения можно показать на примере испытания образца из низкоуглеродистой
стали. (слайд
3)
2 Диаграмма растяжения. Основные зоны этой диаграммы (слайд 4)
Диаграмма растяжения характеризует свойства образца.
На кривой можно выделить четыре зоны:
ОА - зона упругости, удлинение пропорционально
нагрузке;
АВ - зона общей текучести или площадка текучести.
Здесь происходит существенное изменение длины образца без заметного увеличения
нагрузки. Не все металлы имеют площадку текучести. Например, у алюминия,
отожжённой меди, легированных сталей площадка текучести не обнаруживается.
ВС - зона упрочнения. Здесь удлинение образца
сопровождается возрастанием нагрузки. В стадии упрочнения на образце намечается
место будущего разрыва и начинается образовываться так называемая шейка-
местное сужение образца. При дальнейшем растяжении образца шейка быстро
прогрессирует. Начиная с точки С удлинение образца происходит с уменьшением
силы, но среднее напряжение в поперечном сечении шейки возрастает. Точка Д
соответствует разрушению образца.
3 Диаграмма напряжения. Характерные точки этой
диаграммы
После испытаний образцов диаграмму растяжения
перестраивают в координатах σ и ε.
Она имеет такой же вид как и в
координатах F и ∆ℓ, но эта кривая будет характеризовать уже не
свойства образца, а свойства материала и называется она диаграмма напряжения
(слайд 5)
σпц- предел пропорциональности
σу- предел упругости. Такое напряжение, до
которого материал не получает остаточных деформаций.
На практике σпц и σу трудно поддаются
замеру, поэтому эти значения напряжений в справочные данные по свойствам
материалов обычно не включаются.
σт- предел текучести. Такое значение напряжения, при котором рост
деформации происходит без заметного увеличения нагрузки. Предел текучести легко
определяется экспериментально, поэтому он является одной из основных
механических характеристик материала.
σв- предел прочности, или временное сопротивление разрыву. Это отношение
максимальной силы, которую способен выдержать образец, к начальной площади его
поперечного сечения.
σв =Fmax/Ао.. Фактическое напряжение,
при котором образец разрушается, будет больше σв , т.к. площадь поперечного сечения в этот момент меньше
первоначальной площади вследствие образования шейки. Значение σв, является сравнительной характеристикой прочностных
свойств материалов и часто используется при расчетах.
При испытаниях на растяжение определяется ещё одна
характеристика материала - δ(%) относительное удлинение при разрыве. Она
представляет собой значение средней остаточной деформации, которая образуется к
моменту разрыва δ=∆ℓmax/ℓо∙100%
4 Виды диаграмм растяжения
Различные материалы по-разному ведут себя под
нагрузкой, характер деформаций и разрушения зависит от типа материалов.
Принято делить материалы по типу их диаграмм растяжения
на три группы
·
пластичные (δ ≥ 10%)
·
хрупкие (δ ≤
5%)
·
пластично-хрупкие ( 5% ‹ δ ‹
10% )
К первой группе относятся пластичные материалы, эти
материалы имеют на диаграмме растяжения площадку текучести. Ко второй группе
относятся хрупкие материалы, эти материалы мало деформируются, разрушаются по
хрупкому типу. На диаграмме нет площадки текучести. К третей группе относятся
материалы, не имеющие площадку текучести, но значительно деформирующиеся под
нагрузкой, их называют пластично-хрупкими.
Таким образом, хрупкий и пластично-хрупкий материалы
не имеют площадки текучести, а в справочниках отсутствует характеристика “предел
текучести “. По этой особенности их можно узнать.
Пластично-хрупкие материалы значительно деформируются,
этого нельзя допустить в работающей конструкции.
5 Предельные и допускаемые напряжения. Коэффициент
запаса прочности
( слайд 6)
Размеры элементов конструкции следует подбирать так, чтобы
обеспечить их прочность в работе при наименьших затратах материала.
При помощи механических испытаний и построения
диаграмм напряжений, выявляется предельное напряжение, при
котором в материале возникает опасное состояние.
Для пластичных материалов предельным напряжением
считают предел текучести, т.к. возникающие пластические деформации не исчезают
после снятия нагрузки: σпред= σт.
Для хрупких материалов, где пластические деформации
отсутствуют, а разрушение возникает по хрупкому типу, за предельное напряжение
принимают предел прочности: σпред= σв
Когда конструкция находится в стадии проектирования,
задают допускаемый коэффициент запаса прочности [ѕ] (n). Его
назначают исходя из конкретных условий работы рассчитываемой конструкции. В
каждой области техники уже сложились свои традиции, свои требования и специфика
расчётов. Например, при проектировании строительных сооружений, запасы
прочности принимаются довольно большими (ѕ = 2…5). В авиационной технике, где
на конструкцию накладываются ограничения по массе, коэффициент запаса
составляет (ѕ = 1,3..2).
Значение коэффициентов запаса зависит и от свойств
материала. В случае пластичного материала, коэффициент запаса берется от
предела текучести (ѕт = 1,5…2,0), а для хрупких материалов запас
рассчитывается от предела прочности и принимается ( ѕв=2,5…4,0)
Назначив коэффициент запаса, для данного элемента
конструкции рассчитывают допускаемое напряжение - максимальное
напряжение, при котором материал должен нормально работать.
( слайд 7 )
Допускаемые напряжения получают по предельным с учетом
запаса прочности:
[σ]= σпред/[ѕ];
где [σ]- допускаемое напряжение;
σпред- предельное напряжение;
[ѕ]- допускаемый коэффициент запаса прочности.
Примечание: в квадратных скобках принято обозначать
допускаемое значение величины.
Расчеты на прочность ведутся по условиям прочности,
где расчетное напряжение не должно превышать допускаемого напряжения.
Условие прочности при растяжении:
σ ≤ [σ];
где σ
– расчетное напряжение;
σ =Ν/Α;
[σ] – допускаемое
напряжение;
[σ] = σпред/[ѕ];
Расчетное
напряжение σ зависит от нагрузки и размеров поперечного
сечения, допускаемое [σ] , только от материала детали и условий работы.
4
Закрепление
изученного материала
Закрепление
новых знаний производится:
1Выполнением практического задания
Практическое
задание:
выполните
расчет на прочность при растяжении и сжатии (слайд 8),
прямой
брус растянут силой F=150кН, материал-сталь σт=570МПа,
σв=720МПа, запас прочности[ѕ]= 1,5. Определить размеры
поперечного сечения бруса в двух случаях, если брус - круг и равнополочный
уголок
2Техническим
диктантом для контроля усвоения материала (слайд 9)
1)Задание: 1.Ν 2.σ 3.ѕ
4.Α 5.F 6.[σ]
7.δ .
2)Задание: 1.Н 2.МПа
3.мм 4. мм²
3)Задание. По какой
характеристике определяется допускаемое напряжение для пластичных материалов:
1.σт 2. σпц 3. σу 4. σв
4) Задание. Выбрать
наиболее точную запись условия прочности при растяжении и сжатии:
1.σ=Ν/Α=[σ]
2.σ=Ν/Α≥[σ] 3.σ=Ν/Α≤[σ] 4.σ=Ν/Α>[σ]
5 Оценка работы обучающихся
-
подводятся итоги
практической работы;
-
выставляются оценки;
-
подводятся итоги
технического диктанта;
-
выставляются оценки;
-
анализируются работы
обучающихся;
-
делаются выводы о
достижении цели урока.
6
Выдача задания для
выполнения домашней
-
Составить опорный конспект;
-
Решить задачу: Проверить
прочность материала, если: σ=320МПа; σпц
=720МПа; σт=800МПа; σв=1000МПа; [ѕ]=2,5 (слайд 10)
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.