دانلود مقاله عمران آزمایشگاه مقاومت مصالح در دانشگاه های دیگر جهان 105 ص

 

آزمایش پیچش برای آلومینیوم :

کلیات :

یکی از پر اهمیت ترین قسمت ها که تأثیر نیروی پیچشی و تنش ناشی از آن  را روی قطعات میله ای دایروی و میله های چوبی بیان می کند آزمایش پیچش است . در حقیقت این تست قسمتی از تنش برشی خالص را روی نمونه هایی که تحت بار گذاری پیچشی قرار دارد ایجاد می کند . این تست برای معلوم کردن مؤلفه های برشی و خواص فلز موردنظر از جمله تنش برشی نهایی ، تنش جاری شدن برشی و مدول پیچشی استفاده می شود .

مقدار نیروی پیچشی ( تورک ) که بر نمونه وارد میشود و تغییر شکل را نتیجه می دهد ، ( زاویه پیچش ) در حین تست اندازه گیری می شود ، این کمیت تبدیل به تنش برشی () می شود و همچنین کرنش برشی (y) که از روابط مربوط بدست خواهد آمد و در این روابط ،  C نمایانگر شعاع میله دایروی ، L0  طول نمونه که در آن پیچش روی می دهد .  ( زاویه در شعاع خوانده می شود ) و j  نمایانگر ممان اینرسی قطبی نمونه است که بصورت زیر محاسبه می شود .

مدول برشی در ناحیه الاستیک به صورت شیب خطی تعریف می شود که از نمودار تنش برشی بر حسب کرنش برشی از مقدار صفر تا حد مخصوص تنش برشی است که به صورت زیر محاسبه می شود :                                                                                       و       

این رابطه ی مدول برشی مانند رابطه مدول الاستیسیته فقط در محدوده الاستیک اعتبار دارد .

تعاریف :

حد الاستیک ( حد مخصوص ) :

بزرگترین مقدار تنش که تنش و کرنش با یکدیگر رابطه ی خطی دارند .

مدول الاستیسیته برشی ( مدول سختی پیچشی ) :

نسبت تنش برشی و کرنش برشی در محدوده الاستیک است .

منحنی تنش و کرنش :

منحنی تنش بر حسب کرنش روی نمودار  نمایش داده میشود و از ابتدای بارگذاری تا شکست نمونه معتبر است ودر این ناحیه اندازه گیری شده است .

تنش نهایی برشی :

بالاترین تنش برشی مشاهده شده که نمونه هنوز سر جای خود است وآسیبی ندیده است .

تنش جاری شدن :

تنشی است که ماده شروع به جاری شدن می کند برای اکثر مواد از انحراف  برای یافتن تنش برش جاری شدن بهره می جویند . مقدار کرنش که با  نشان داده شده و خطی موازی خط ناحیه الاستیک که از آن نقطه رسم شده ، نمودار را در نقطه ای به نام تنش جاری شدن قطع خواهد کرد .

اهداف :

برای مشاهده رفتار یک قطعه آلومینیومی زیر بار پیچش تا نقطه شکست و همچنین معین کردن خصوصیات مکانیکی نمونه آلومینیومی زیر اثر برش

وسایل آزمایش :

• ماشین تست پیچش همراه با صفحه مدرج شده و صفحه گیرنده نمونه ( شکل 1 را ببینید )

• ابزار آلات ضمیمه شده به صفحه مدرج و صفحه گیرنده نمونه ( شکل 2 را ببینید )

• کولیس

• متر مخصوص اندازه گیری

نمونه : 6060-T6   نمونه آزمایش آلومینیومی اسمی 0-75inch 

دستورالعمل :

• قطر نمونه اسمی 75 inch را به وسیله کولیس اندازه گیری کنید و یادداشت کنید و همچنین ممان اینرسی قطبی را محاسبه فرمایید .

• یک بازه ای برای نیروی گشتاور پیچشی برای نمونه انتخاب کنید نمونه را در داخل دستگاه قرار داده و چنگک ها را سفت کنید .

• چرخ دنده و اشاره گر روی نمونه محکم ببندید و برای اطمینان از خط کش استفاده کنید مقدار اشاره گر را روی صفر تنظیم کنید و طول بین صفحه مدرج و صفحه نگه دارنده را اندازه بگیرید و از متر مخصوص اندازه گیری استفاده کنید . طول اسمی نمونه حدود 25 اینچ است .

• مقدار لنگر پیچش را به آرامی وارد کنید و مقدار گشتاور پیچش و زاویه پیچش را به ترتیب بر اساس واحد ( in . lb) و ( degree )  به طور همزمان اندازه بگیرید . مقدار گشتاور را برای هر درجه از صفر تا 30 درجه و سپس هر 5  درجه از 30 تا 60 درجه و سپس هر 30 درجه تا شکست نمونه ادامه دهید ( یا 720   درجه در کل ، هر یک که انجام شود ) سعی کنید مقدار زاویه پیچش مربوط به شکست نمونه را اندازه بگیرید .

درخواست ها :

a – 1  : نمودار کامل تنش و کرنش از شروع تست تا خاتمه آن و شکست نمونه

b ) منحنی تنش و کرنش برای نقطه جاری شدن ( به وسیله انحراف 0.2 % )

c ) نمودار تنش و کرنش که فقط مقدار مخصوص تنش را پوشش دهد .

شکل 4 تا 6 نتایج کلی و ارائه هایی از نتایج آزمایشات شما را نشان می دهد .

a-2 ) مقدار زیر را به صورت خوبی تقریب زده و روی منحنی تنش و کرنش نمایان کنید .

b ) تنش برش مخصوص در پیچش

c ) مدول برش در ناحیه الاستیک ( مدول سختی )

d ) تنش جاری شدن در پیچش

e ) تنش نهایی

نتایج خود را با مقادیر تئوری در آزمایش 6061-T6  آلومنیوم مقایسه کنید .

خطاهای آزمایش را ارائه دهید و مقدار خطا را به وسیله نتایج  تئوری و به درصد بیان کنید .

Southern Methodist University

ENCE/ME 2140 Mechanics of Materials Laboratory

Lab 3 – Torsion test for rectangular cross–section bars

Objective:  To obtain the torque – angle of twist diagram for non–circular cross–section bars and determine the material characteristics such as the torsional stiffness Kt, the shear modulus G, and the ultimate shearing stress tu.

Apparatus: Prismatic rectangular cross–section bar specimens, calipers, tape measure, and Tecquipment torsion test machine (see Figure 3.1).

Figure 3.1 Tecquipment torsion test machine, Mechanics of Materials Lab, SMU

Theory: A prismatic cross–section bar is a uniform bar whose cross–section is in the shape of a "prism."  Examples of prismatic cross–section bars include circular, triangular, square, rectangular, and hexagonal sections. This experiment is a continuation of the previous experiment on the torsion of circular cross–section bars. In this experiment, a bar with rectangular cross section is tested.  The torque will be graphed as a function of the angle of twist.

For a rectangular cross–section bar subjected to torque T, the maximum shearing stress tmax is given by

                                                          (1)

where a is the larger dimension, b is the smaller dimension, and coefficient c1 depends on the ratio a/b, given in Table 3.1 (a>b).  The angle of twist f is given by

                                                         (2)

where the coefficient c2 depends on the ratio a/b and is given in Table 3.1 (a>b).  The difference between torsion in circular and non–circular cross–section bars is that every cross section of a circular bar remains plane and undistorted, whereas non–circular bars have out–of–plane deformation (warping), see Figure 3.2.

Figure 3.2. A circular and a rectangular bar subjected to torsion (Picture from Beer, Johnston, and DeWolf 2002)

Table 3.1.  Coefficients for rectangular bars in torsion

a/b

c1

c2

1. 0
2. 208
3. 1406
4. 2
5. 219
6. 1661
7. 5
8. 231
9. 1958
10. 0
11. 246
12. 2290
13. 5
14. 258
15. 2490
16. 0
17. 267
18. 2630
19. 0
20. 282
21. 2810
22. 0
23. 291
24. 2910
25. 0
26. 312
27. 3120

                          

∞

1. 333
2. 3330

 

Torsional stiffness Kt for a rectangular cross–section bar is

                                                           (5)

One can compute shear modulus G from torsional stiffness Kt.  Once shear modulus G is computed, one can compute modulus of elasticity E from the following equation:

G = E / [2(1+n)]                                                                              (6)

where n is the Poisson’s ratio.

Brief Procedure for Experiment:

1. Mount the specimen firmly in the Tecquipment torsion test machine.

1. Measure the gage length L and the dimensions a and b (see Figure 3.3) for the rectangular cross section bar. Read coefficients c1 and c2 from Table 3.1.

Figure 3.3.  The required dimensions for a rectangular specimen subjected to torsion

1. Begin applying twisting load gradually by turning the handle at suitably selected intervals (e.g. 3 to 5 degrees of twist). Measure the angle of twist f and the applied twisting force P. Convert angle from degrees to radians.  Compute torque by multiplying the load times its lever arm (5 in. in Tecquipment torsion test machine).

 

1. Measure the linear slope of the torque – angle of twist diagram, torsional stiffness Kt = T / f, and use this value to determine the modulus of rigidity G.

 

1. Compute the ultimate shearing stress tu for the specimen from shearing stress – strain diagram.

References:

Beer F. P., Johnston E.R., DeWolf J.T. (2002). Mechanics of Materials, 3rd edition, McGraw-Hill, Inc.

آزمایش پیچش برای میله هایی با مقطع مستطیلی

هدف :

 برای یافتن نمودار لنگر پیچشی بر اساس زاویه پیچش برای میله هایی با مقاطع دایروی و همچنین تعیین خصوصیات مواد ، نظیر سختی پیچش () ، مدول برش ( G ) و تنش نهایی برش () .

ابزار آزمایش :

نمونه منشوری با مقطع مستطیلی ، کولیس ، متر مخصوص اندازه گیری ، دستگاه تست پیچش Tecquipment   ( شکل 3-1 را مشاهده فرمایید . )

تئوری : یک میله با سطح مقطع مستطیلی ، یک میله یکنواخت است که سطح مقطع آن به صورت منشور یکنواخت است . چند نمونه از میله های منشوری به صورت مقاطع دایروی ، مثلثی ، مربعی ، مستطیلی و شش گوشه ای است . این آزمایش ادامه آزمایش قبلی که روی میله هایی با مقاطع دایره ای بحث شد  است . در این آزمایش یک میله با مقطع مستطیلی تست می شود و لنگر پیچش بر اساس تابعی از زاویه پیچش رسم خواهد شد .

برای یک سطح مقطع مستطیلی رابطه ی بین لنگر پیچش ( T ) و تنش برش ماکزیمم (  ) به صورت زیر است :

a : بزرگترین قطر

b : قطر کوچک

ضریب  بستگی به مقدار  دارد و در جدول 3-1 (  ) داده شده است .

زاویه پیچش (  ) توسط رابطه زیر محاسبه می شود :

ضریب  : بستگی به مقدار  دارد و توسط جدول 3-1 داده شده است .

تفاوت بین پیچش در مقطع میله های دایروی و غیر دایروی در این است که در مقاطع دایروی به همان صورت باقی مانده و اعواجاج پیدا نمی کند درحالی که در مقاطع غیر دایروی شکل مقطع دچار اختلال شده و تاب برمی دارد . شکل 3-2 را ببینید .

سختی پیچش برای مقاطع غیر مستطیلی از رابطه زیر به دست می آید :

می توانید مدول برش ( G ) را از سختی پیچش بدست آورید و همچنین مدول الاستپسیته را از           رابطه ی زیر بدست آورید  :

: نسبت پواسن است .

خلاصه ای از نحوه انجام آزمایش :

1 – نمونه را به صورت مناسب در دستگاه تست قرار دهید .

2 – مقدار طول ( L ) ، ابعاد a و  b ( شکل 3-3 را ببینید . ) از مقطع مستطیلی اندازه بگیرید و همچنین ضریب  و  را از جدول 3-1 بیابید .

3 – بارگذاری پیچش را شروع کنید و این کار را به وسیله پیچاندن دسته به صورت مناسب بین 3 تا 5 درجه بپیچانید . مقدار گشتاور را به وسیله ضرب کردن نیرو در طول بازه (in 5 ) بیابید .

4 – مقدار شیب خطی نمودار لنگر پیچش بر حسب زاویه پیچش را بیابید ، سختی برش برابر  است و از این مقدار برای یافتن G استفاده کنید .

5 – مقدار تنش برش حداکثر را برای نمونه از روی نمودار تنش کرنش بیابید .

مراجع :

مکانیک مواد – بیرجانسون ، دی ولف ، ویرایش سوم ، انتشارات MCGraw-Hill

خواسته های آزمایش :

1 – نمودار لنگر پیچش بر حسب زاویه پیچش را رسم کنید .

2 – سختی پیچش را از نمودار لنگر پیچش بر حسب زاویه بیابید برای ناحیه الاستیک از تابع Linest در exel بهره جویید و خط TrendLine را روی نمودار پرینت کنید ، رابطه را روی نمودار پرینت نکنید .

3 – مقدار مدول برش G را محاسبه کنید و از سختی پیچش ( ) بهره گیرید .

4 – مدول الاستیکی E را به وسیله اختصاص دادن یک نسبت پواسون از کتاب مرجع بیابید .

5 – مقدار تنش برش ماکزیمم را به وسیله رابطه 1 بر اساس بیشترین مقدار نیرویی که یک نمونه چوبی تحمل می کند محاسبه کنید.

آزمایش کشش

TENSILE TEST OF STEEL

 

University of New Mexico

Civil Engineering Department

Civil Engineering Materials Laboratory, CE 305L

General

The tensile test of a standard ASTM steel specimen to failure provides the important basic properties of steel, viz., the proportional (or elastic limit) of the material, the yield stress, the ultimate stress, the elongation (strain) and the material stiffness (Young's modulus of elasticity.

Definitions (see Hibbeler, Chapter 3):

Elastic Limit (proportional limit): the highest magnitude of stress for which the stress and strain are proportional to each other.

Elastic modulus (Young's modulus): the ratio of stress to strain below the elastic limit.

Elongation: the strain at fracture expressed as a percentage; this is a measure of the ductility of the material.

Modulus of resilience: the amount of energy (or work) stored per unit volume at the elastic limit.

Modulus of toughness: the amount of energy stored per unit volume at fracture of the material; this is a measure of the ductility of the material.

Percent Area Reduction: reduction in area at fracture in necking region with respect to original cross-section area; this is a measure of the ductility of the material.

Strain (engineering): the unit deformation of the material under load. Strain is not normally measured. Deformation is typically measured using extensometers with strain subsequently computed by dividing the measured deformation by the original.

Strain hardening: portion of the stress-strain curve between the elastic limit and the ultimate stress.

Stress (engineering): load (force) per unit area; the normal (axial) stress is determined by dividing the load by the original cross-sectional area of the specimen.

Stress-strain curve: an x-y plot of stress vs. strain through the entire range of loading of the specimen until specimen failure.

Ultimate stress: the maximum observed stress that the specimen will withstand.

Yield stress: the stress at which the material begins to “yield”; for mild steel there is a noticeable increase in deformation with little increase in load. For steel and most metals, a 0.2% offset is used to define the yield stress. A strain value of 0.002 is selected and a line parallel to the elastic portion of the stress-strain curve is constructed. The intersection of this line with the stress-strain curve defines the value of the yield stress.

Objectives

To examine the behavior of mild steel tested to failure in tension. To determine certain elastic and plastic properties of mild steel.

Equipment

1. Universal Testing Machine (UTM) with applicable tensile grips
2. Mechanical extensometer
3. Calipers

• Mechanical dividers
• Machinist scale (6 inch)
• Gage length punch & hammer

Specimen

1. Standard ASTM A36 mild steel specimen (nominal 0.505 inch)

Procedure

1. Determine the mean diameter of the nominal 0.505 inch specimen & record.

• Mark a 2-inch gage length on the specimen using the gage punch & hammer.
• Insert the specimen in the UTM and attach the extensometer. Carefully follow the manufacturer's directions for attachment of the extensometer. Select a load range for the UTM that will accommodate the maximum anticipated load during the test.
• Apply the load slowly , obtaining simultaneous readings of load from the UTM and elongation from the extensometer. When the extensometer nears its range, remove. Then continue monitoring the elongation of the specimen using the mechanical dividers and machinist scale in 0.05 inch increment until fracture occurs. Attempt to obtain the load at fracture.

1. After failure, fit the broken halves together and measure the final “gage” length, and the smallest diameter.

View a Quicktime Movie of a tensile test of steel

Incomparison to the tensile test of steel, we ran a tensile test on Polyethylene Hi-Density plastic.

View a Quicktime Movie of a tensile test of plastic

 

Placing notches in specimen with gage punch and hammer

 

Measuring steel specimen manually

 

Steel and plastic specimens after tests

 

Required

• a) A complete stress vs. strain curve for the entire test to fracture.
• A stress vs. strain curve to the yield point (by the 0.2% offset method)
• A stress vs. strain curve just past the proportional limit stress

The following Figures 1 through 3 are typical results and presentations that are expected from your experimental results.

• Tabulate the following values and clearly show them on the above stress vs. strain curves:
• Proportional limit stress
• Modulus of elasticity (Young's)
• Yield stress (by 0.2% offset)
• Ultimate stress
• Percent elongation in 2-inch gage length
• Percent reduction in area
• Modulus of resilience
• Modulus of toughness (use trapezoidal integration)
• Compare your tabulated values to known theoretical values for A36 mild steel and report your experimental errors. Tabulate theoretical and experimental values along the % errors for all required values.

References

• Hibbeler, R.C. Mechanics of Materials , 5 th Edition, Prentice Hall, 2002.
• ASTM E8, Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials , Vol. 3.01.

Figure 1. Stress vs. Strain to Fracture.

Figure 2. Stress vs. Strain to Yield (0.2%).

 

Figure 3. Stress vs. Strain to Proportional Limit.

آزمایش کشش استیل

نمای کلی :

آزمایش کشش ساده طبق آیین نامه آمریکا روی یک نمونه استیل تا هنگام شکست انجام می شود که این آزمایش خصوصیات پایه استیل را به دست می آورد . حد تناسب یا ارتجاعی مواد ، تنش جاری شدن ، نهایی کرنش و سختی مواد ( مدول یانک ) را نشان می دهد .

تعاریف :

حد تناسب ( ناحیه الاستیک ) :

بیشترین اهمیت را برای تنش در ناحیه تناسب وکرنش دارد .

مدل الاستیک ( مدول یانک ) :

نسبت بین تنش و کرنش در ناحیه الاستیک .

کشیدگی :

کرنش در ناحیه شکستگی که بر حسب درصد بیان شده است .

مدول برجهندگی :

مقدار انرژی ( یا کار ) که در هر واحد حجم در ناحیه الاستیک ذخیره شده است .

مدول چغرمگی :

مقدار انرژی که در هر واحد حجم تا شکست ماده ذخیره شده است که این یک مقیاس برای       شکل پذیری ماده است .

درصد مساحت کاسته شده :

کاهش مساحت در ناحیه شکست را ناحیه گلویی شدن گویند که با مساحت مقطع اولیه مقایسه        می شود این یک مقیاس برای نرمی مواد است .

تنش ( مهندسی ) :

واحد تغییر شکل مواد تحت اثر بار ، تنش به صورت معمول اندازه گیری نمی شود ، تغییر شکل به طور کلی به وسیله extensometer همراه با کرنش اندازه گیری می شود که کرنش مهندسی از تقسیم تغییر شکل اندازه گیری شده بر طول اولیه اندازه گیری می شود .

سختی کرنش :

بخشی منحنی تنش و کرنش است که بین ناحیه الاستیک و تنش نهایی قرار دارد .

تنش مهندسی :

نیرو بخش بر مساحت ، تنش معمولی از تقسیم نیرو بر سطح مقطع واقعی نمونه تعیین می شود .

منحنی تنش و کرنش :

یک نمودار  بر حسب تنش و کرنش که بر حسب بارگذاری تا شکست نمونه

تنش نهایی :

حداکثر تنش مشاهده شده روی نمونه که هنوز نشکسته است .

تنش جاری شدن :

تنش که ماده در آن جاری می شود برای فولاد نرم نقطه ای است که تغییر کوچکی در نیرو تغییر مکان بسیار زیادی در آن دیده می شود برای فولاد و فلزهای رایج با انحراف دو درصدی تنش جاری شدن را می یابند .

مقدار کرنش0.002 به وسیله خطی موازی با ناحیه الاستیک تنش و کرنش قطع می شود . نقطه ی تقاطع این خط با منحنی تنش و کرنش مقدار تنش جاری شدن را می رساند .

هدف :

 آزمایش رفتار فولاد نرم که به وسیله آزمایش کشش ساده تا شکست نمونه

ابزار آلات :

• ماشین تست جهانی ( utm ) با فک های کششی

• جک مکانیکی

• کولیس

• تقسیم کننده مکانیکی

• پانچ اندازه گیر طول و چکش

نمونه ها :

فولاد نرم ( اسمی 0.503 اینچ ) طبق standard ASTMA 3.6

روش انجام آزمایش :

1 – قطر نمونه اسمی 0.503 in را یادداشت کنید به وسیله پانچ اندازه گیر و چکش

• 2 in از نمونه را علامت گذاری کنید و از پانچ اندازه گیر و چکش استفاده کنید .

• نمونه را در دستگاه UTM وصل کنید و همچنین  extensometer را به آن ضمیمه کنید . به دستور العمل سازنده دستگاه توجه کنید بازه نیروی دستگاه UTM بر اساس بیشترین نیرویی که حدس می زنید بر نمونه وارد شود را وارد کنید .

• نیرو را به آرامی وارد کنید همزمان مقدار نیرو را در دستگاه UTM و مقدار تغییر شکل را از extranet هنگامی که extensomator بر برد خود نزدیک شد آن را بردارید سپس به مشاهده دراز شدگی نمونه توسط یک تقسیم کننده مکانیکی با مقیاس 05 in تا این که نمونه بشکند. کوشش کنید که نیروی شکست را بخوانید .

• بعد از شکست دو نیمه را روی هم سوار کنید و طول نهایی را اندازه بگیرید و کوچکترین قطر را مشاهده کنید فیلم Quick Time برای کشش برای فولاد در مقایسه با تست کشش برای فولادها تست کششی را روی پلی اتیلن با درجه پلاستیکی بالا آزمایش کردیم مشاهده کنید فیلم Quick Time  برای کشش برای فولاد.

خواسته ها :

1 – منحنی کامل تنش و کرنش برای یک تست کاملاً درست تا شکست نمونه .

2 - منحنی کامل تنش و کرنش تا نقطه جاری شدن ( با روش انحراف 0.2% )

3 - منحنی کامل تنش و کرنش تا پایان حد تناسب .

4 – تصاویر 1 تا 3 نتایج کلی و ارائه های که از داده های شما نمایان خواهد شد .

5 – مقادیر را جدول بندی کنید و به صورت تمرینی آن را بر روی منحنی تنش و کرنش نصب کنید

حد تناسب ، مدول الاستیکی ، تنش جاری شدن با انحراف 0.02% ، تغییر طول در 2 اینچ طول ، درصد کاهش مساحت ، مدول برجهندگی و مدول چغرمگی ( استفاده کنید از روش انتگرال گیری ذوزنقه ای )

مقایسه کنید مقادیر جدول بندی شده خودتان را به وسیله مقادیر تئوری برای A36 فولاد نرم

عوامل خطاهای آزمایش را گزارش کنید و مقادیر خطای تئوری را بر حسب درصد بیان کنید .

 

تعداد صفحات:105

متن کامل را می توانید دانلود نمائید چون فقط تکه هایی از متن در این صفحه درج شده (به طور نمونه) و ممکن است به دلیل انتقال به صفحه وب بعضی کلمات و جداول و اشکال پراکنده شده یا در صفحه قرار نگرفته باشد که در فایل دانلودی متن کامل و بدون پراکندگی با فرمت ورد wordکه قابل ویرایش و کپی کردن می باشند موجود است.

:: برچسب‌ها: پایان نامه عمران , پایان نامه کارشناسی عمران , پایان نامه ارشد عمران , مقاله عمران , مقاله کارشناسی عمران , مقاله ارشد عمران , تحقیق عمران , رشته عمران ,
:: بازدید از این مطلب : 15

|

امتیاز مطلب : 0

|

تعداد امتیازدهندگان : 0

|

مجموع امتیاز : 0