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.

2. آزمایش برینل

2.1 مبانی

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

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.

5. روش انجام آزمایش

5.1. آزمایش برینل

1. بروی دستگاه نمایشگر نیرو کلید قرمز و سپس کلید سبزرنگ را فشار دهید.
2. جسم مورد آزمایش را بروی کفی دستگاه قرار دهید.
3. اهرم را پایین آورید تا با جسم تماس پیدا کند و نیروی خود را به حدود 400 کیلوگرم برسانید (توجه کنید که نیرو نباید به صورت ضربه­ای وارد شود)
4. اهرم را بالا آورده جسم مورد آزمایش را زیر میکروسکوپ قرار دهید.
5. قطر فرورفتگی را به وسیله­ی درجه­بندی مشاههده شده در میکروسکوپ اندازه­گیری نمایید.
6. برای مشاهده­ی ماکزیمم نیروی وارد شده مجددا کلید سبزرنگ را فشار دهید.
7. با استفاده از رابطه­ی سختی برینل مقدار نیرو را محاسبه نموده و جدول زیر را کامل کنید.

8. با استفاده از جدول خواص مواد، سختی نمونه مورد آزمایش را بدست آورید و با مقداری که از آزمایش بدست آورده­اید مقایسه کنید و درصد خطا را بیابید.

5.2. 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. آزمایش را در 4 نقطه از سطح نمونه انجام داده و برای عدد سختی ویکرز یک مقدار متوسط بیابید.

(Impact)

ضربه

1. مقدمه

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:

1. کاهش درجه حرارت
2. افزایش تنش سه محوری
3. افزایش سرعت تغییر شکل ناشی از وجود تنش سه محوری

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.

2. مبانی و تئوری ضربه

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.