Испытание на кручение

Испытание на кручение (или на скручивание) имеет второстепенное значение. Оно введено для оценки материалов валов или проволоки, а также для определения прочности и пластичности твердых сталей.

При проведении испытания на кручение один конец образца закрепляют неподвижно, а к другому концу прикладывают пару сил в плоскости, перпендикулярной к оси образца, так что возникает крутящий момент, равный

где F- действующая сила; d- диаметр образца.

При кручении все поперечные сечения образца сдвигаются (поворачиваются) вокруг общей оси по отношению к закрепленному сечению (рис. 7.25). Этот сдвиг увеличивается с увеличением расстояния от места закрепления, причем линии, параллельные оси образца, переходят в винтовые.

Сдвиг, происходящий в двух соседних поперечных сечениях, определяется углом кручения ф и пропорционален расстоянию L между этими плоскостями. Под углом относительного поворота v понимают угол кручения двух сечений, находящихся на расстоянии / (рис. 7.25). Условный угол сдвига у представляет собой угол между соответствующей винтовой линией и образующей цилиндра.

Схема испытаний на кручение

Рис. 7.25. Схема испытаний на кручение

В упругой области условный угол сдвига пропорционален удаленности от оси образца. Отношение между условным углом сдвига у и соответствующим касательным напряжением при сдвиге т обозначается коэффициентом упругости при сдвиге р:

Обратная величина этого коэффициента является модулем сдвига.

Как при испытании на изгиб, так и при испытании на кручение наибольшее напряжение возникает в поверхностных зонах, где

Для образцов с круглым поперечным сечением

Для того чтобы определить угол сдвига, измеряют взаимное скручивание двух поперечных сечений. Так как и = 2у<7 и ф = нТ, то между углом сдвига и углом скручивания ф для двух поверхностей на расстоянии L справедливо соотношение

В соответствии с законом Гука для касательного напряжения при сдвиге

получим

или

Модуль сдвига при этом можно определить из соотношения

Остаточная деформация для пределов упругости и текучести при кручении вдвое больше, чем при растяжении, так что Oo,oi соответствует пределу упругости т0,02, а ао,2 - пределу текучести То,о24- После достижения временного сопротивления при кручении т происходит разрушение либо в плоскости поперечного сечения, либо с образованием расслоений в продольном направлении.

В хрупких материалах плоскость разрушения соответствует плоскостям, по которым действуют наибольшие нормальные напряжения. Так как эти плоскости составляют угол 45° с осью образца, то излом представляет собой винтовую поверхность.

Самым простым способом измерения угла закручивания является измерение взаимного поворота двух зажатых головок образца. Для определения угла закручивания в момент разрушения можно на его поверхности нанести линию, параллельную оси образца, и измерить изменение ее при соединении обеих половинок образца после разрушения.

Для проведения испытания на кручение применяют в первую очередь цилиндрические образцы. Расчетная длина чаще всего составляет 1(М Безопасного закрепления достигают с помощью клина, самотормозящегося с увеличением крутящего момента.

Испытание на срез

При испытании на срез образец нагружают двумя силами F, которые действуют в одной плоскости. Фактически возникает пара сил с плечом а (рис. 7.26), т. е. при этих испытаниях возникают дополнительные изгибающие напряжения.

Силы, действующие при испытании на срез

Рис. 7.26. Силы, действующие при испытании на срез

Схема испытания на срез

Рис. 7.27. Схема испытания на срез: а - при растяжении; б - при сжатии

На практике чаще всего проводят испытание на двойной срез.

На рис. 7.27 представлены схемы устройства для испытания на двойной срез при растяжении и сжатии.

Так как при испытании на срез не достигают определенного напряженного состояния, устанавливают только максимальную силу Fmax, необходимую для среза, исходя из которой рассчитывают при идеализированном условии равномерного напряжения поперечного сечения сопротивление срезу при испытании на двойной срез

Испытание на срез имеет практическое значение при оценке сталей для заклепок или, например, для определения размеров ножниц.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >