Báo cáo thí nghiệm cơ học đại học spkt tphcm

Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Báo cáo Thí nghiệm Cơ học

Bài 1: THÍ NGHIỆM KÉO MẪU THÉP
I. Mục đích thí nghiệm:
Tìm sự liên hệ giữa lực và biến dạng của vật liệu khi kéo mẫu, từ đó xác định đặc
trưng cơ tính của vật liệu bao gồm:

σ ch

-

Giới hạn chảy

-

Giới hạn bền

-

Độ dãn dài tương đối khi đứt

-

Độ thắt tương đối ψ %

σb

δ%

II. Cơ sở lý thuyết:
Thanh chịu kéo hay nén đúng tâm là thanh mà trên mọi mặt cắt ngang chỉ có một
thành phần nội lực là lực dọc N z.
Các giả thuyết làm cơ sở cho thanh chịu kéo đúng tâm:
- Giả thuyết mặt cắt ngang: Mặt cắt ngang ban đầu là phẳng và thẳng góc với
trục của thanh thì sau khi biến dạng vẫn phẳng và thẳng góc với trục của thanh.
- Giả thuyết về các thớ dọc: Trong quá trình biến dạng, các thớ dọc không ép lên
nhau, cũng không đẩy nhau, các thớ dọc của thanh trước và sau khi biến dạng
vẫn song song với nhau.
- Dưới tác dụng của lực kéo hay nén đúng tâm, trên mặt cắt ngang chỉ có một
thành phần ứng suất pháp σ Z
- Quan hệ giữa ứng suất và lực: σ Z =

P
(kg/mm2, N/mm2)
F

III. Chuẩn bị thí nghiệm:
- Đo kích thước
• Đường kính mẫu thép trước khi kéo: d0 = 12 (mm)
• Tiết diện mẫu thép trước khi kéo: F0 =

π .d 0 π (12)2
=
= 113 (mm2)
4
4
2

• Chiều dài mẫu thép trước khi kéo: L0 = 10d0 = 120 (mm)

- Khắc vạch trên mẫu

d0 >

d0

Vạch
trung
V?ch trung
tâmtâm

< d0

d0

L0 = 10d 0 = 10 khoảng chia

Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang

Trang 1


Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Báo cáo Thí nghiệm Cơ học

PBSơ bộ
2
Sơ bộ
π (12)

σB =
=> PB = 60.
= 6786 (Kg)
F0
4
Sơ bộ

- Dự đoán tải trọng :

- Điều chỉnh cấp tải trọng, điều chỉnh kim đồng hồ về 0
- Điều chỉnh hai ngàm kẹp của máy kéo – nén thích hợp với hai đầu kẹp mẫu
- Đặt mẫu vào ngàm kẹp và kẹp chặt mẫu, kiểm tra kim chỉ lực
IV. Tính toán kết quả:
Pđh = 5760 (Kg); Pch = 5800 (Kg); Pb = 6700 (kg)

P dh 5760
=
= 50 (kg / mm2)
F0
113
P
5800
= ch =
= 51 (kg / mm2)
F0
113

-

Giới hạn đàn hồi: σ dh =

-

Giới hạn chảy: σ ch

-

Giới hạn bền: σ b =

4 khoảng chia đầu

20

P b 6700
=
= 59 (kg / mm2)
F0
113
Các khoảng chia còn lại

30

4 khoảng chia đầu

20

* Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực P và biến dạng ∆ L
P
C

6700

D

5800
5700

B
A

O

∆L

* Mẫu đứt nằm trong các khoảng chia còn lại.
Đo được:
• Chiều dài mẫu thép sau khi kéo là: L1 = 155 (mm)
• Đường kính mẫu thép sau khi kéo là: d1 = 8 (mm)

π (d1 )2 π .8 2
=
≈ 50 (mm2)
• Tiết diện mặt cắt sau khi kéo là: F1=
4
4

Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang

Trang 2

Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Báo cáo Thí nghiệm Cơ học

+ Độ dãn dài tương đối khi bị đứt:

δ% =

L1 − L0
155 − 120
× 100 =
× 100 = 29,17%
L0
120

+ Độ thắt tương đối:

ψ% =

F0 − F1
113 − 50
× 100 =
× 100 = 55,8%
F0
113

V. Nhận xét:
Trên đồ thị
- OA : Giai đoạn đàn hồi, tương quan giữa P và ∆ L là bậc nhất. Lực lớn nhất

trong giai đoạn này là lực tỉ lệ (hay lục đàn hồi)
- AB : Giai đoạn chảy, lực kéo không tăng nhưng biến dạng tăng liên tục. Lực
kéo tương ứng là lực chảy.
- BCD : Giai đoạn củng cố (tái bền), tương quan giữa lực P và ∆ L là đường
cong. Lực lớn nhất là lực bền.
Tiết diện chỗ bị đứt nhỏ hơn so với tiết diện ban đầu (hình thành cổ thắt) do chịu tác
dụng của tải trọng cao nhất Pb, trong kim loại xảy ra biến dạng cục bộ. Lúc đó tuy tải
trọng tác dụng giảm đi mà biến dạng vẫn tăng, kim loại ở chổ biến dạng cục bộ bị đứt
và đi đến phá hủy ở điểm D (như trên đồ thị).

Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang

Trang 3


Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Báo cáo Thí nghiệm Cơ học

Bài 2: THÍ NGHIỆM NÉN MẪU GANG
I. Mục đích thí nghiệm:
Tìm sự liên hệ giữa lực và biến dạng của vật liệu khi nén mẫu, từ đó xác định đặc
trưng cơ tính của vật liệu:
- Giới hạn bền

σ b đối với gang.

II. Cơ sở lý thuyết:
Thanh chịu kéo hay nén đúng tâm là thanh mà trên mọi mặt cắt ngang chỉ có một
thành phần nội lực là lực dọc N z.

Các giả thuyết làm cơ sở cho thanh chịu nén đúng tâm:
- Giả thuyết mặt cắt ngang: Mặt cắt ngang ban đầu là phẳng và thẳng góc với
trục của thanh thì sau khi biến dạng vẫn phẳng và thẳng góc với trục của thanh.
- Giả thuyết về các thớ dọc: Trong quá trình biến dạng, các thớ dọc không ép lên
nhau, cũng không đẩy nhau, các thớ dọc của thanh trước và sau khi biến dạng
vẫn song song với nhau.
- Dưới tác dụng của lực kéo hay nén đúng tâm, trên mặt cắt ngang chỉ có một
thành phần ứng suất pháp σ Z
- Quan hệ giữa ứng suất và lực: σ Z =

P
(kg/mm2, N/mm2)
F

III. Chuẩn bị thí nghiệm:
- Đo kích thước
• Đường kính mẫu gang trước khi nén: d0 = 20 (mm)
• Tiết diện mặt cắt ngang của mẫu gang trước khi nén:
F0 =

π .d 02 π (20)2
=
= 314 (mm2)
4
4

• Chiếu cao mẫu gang trước khi nén: h = 35 (mm)
- Dự đoán tải trọng thích hợp

Sơ bộ

Sơ bộ B
B
0

σ =

P
F

h

Sơ bộ

=> PB

= 110 × 314 = 34540 (Kg)

- Điều chỉnh cấp tải trọng, điều chỉnh kim đồng hồ về 0
- Điều chỉnh hai ngàm kẹp của máy kéo – nén thích hợp
với chiều cao của mẫu
- Đặt mẫu vào ngàm nén, chú ý đặt mẫu sao cho nén được
đúng tâm, kiểm tra kim chỉ lực.

Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang

d0

Mẫu thí nghiệm

Trang 4

Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Báo cáo Thí nghiệm Cơ học

IV. Tính toán kết quả:
Sau khi tiến hành thí nghiệm ta có PB = 26600 (kg), giới hạn bền của gang khi nén là:

σB =

PB 26600
=
≈ 85(kg/mm2)
F0
314

* Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực P và biến dạng ∆ L
P

26600

O

∆L

V. Nhận xét:
* Đối với vật liệu dòn (gang) không có bất kì biến dạng dẻo nào, ngoài thể hiện biến
dạng đàn hồi. Một đặc trưng của phá hủy dòn là 2 mặt vỡ có thể ghép lại với nhau để
khôi phục nguyên dạng vật liệu ban đầu. Đường cong ứng suất biến dạng đối với vật

liệu dòn có dạng tuyến tính.Thử cơ tính đối với nhiều mẫu như nhau sẽ có nhiều kết
quả ứng suất phá hủy khác nhau.
Độ bền kéo rất nhỏ so với độ bền nén và nó thường được cho là bằng 0 đối với nhiều
ứng dụng. Có thể giải thích là do Hệ số cường độ ứng suất gắn với các khuyết tật
trong vật liệu.
* Khi P đạt đến giá trị PB thì mẫu bị phá vỡ, do trên bề mặt tiếp xúc giữa mẫu và bàn
nén không có bôi trơn nên vết nứt nghiêng một góc 45 0 so với phương của trục. Tiết
điện mặt cắt bị phá hỏng trong thí nghiệm trên là một hình elíp.

Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang

Trang 5


Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Báo cáo Thí nghiệm Cơ học

Bài 3: XÁC ĐỊNH MÔĐUN ĐÀN HỒI TRƯỢT G
I. Mục đích thí nghiệm:
Nhằm xác định môđun đàn hồi trượt G của thép và đồng, kiểm nghiệm định luật
Hooke.
II. Cơ sở lý thuyết:
Khi xoắn thuần túy thanh mằt cắt ngang hình tròn, góc xoắn tương đối giữa hai mặt
cắt ngang A và B cách nhau một đoạn LAB là:

ϕ AB =

M Z .LAB
G.J P

G=

→

M Z .LAB
ϕ AB .J P

Trong đó: MZ : mômen xoắn.
JP : mômen quán tính độc cực của mặt cắt ngang.
AB
Nếu xác định được MZ, JP, LAB và đo được ϕ thì có thể suy ra môđun đàn hồi

trượt G.
III. Chuẩn bị thí nghiệm:
1. Quả cân.
2. Thanh treo quả cân.
3. Ổ lăn.
4. Đồng hồ so.
5. Thanh ngang.
6. Dầm.
7. Ngàm.

7

LAB

B
6
B’

A
3

a
A’
5
4
b

2
1
P
Mô hình thí nghiệm

- Đo các kích thước:
• Đường kính mẫu d = 26 (mm)
• Khoảng cách LAB = 129,5 (mm); a = 169 (mm); b = 350 (mm).

π .d 4 π .264
JP =
=
≈ 44864
32
32
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang

Trang 6

Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Báo cáo Thí nghiệm Cơ học

- Đặt các chuyển vị kế tựa vào thanh ngang.
- Bảng ghi kết quả thí nghiệm:
Lần
Số đọc trên chuyển vị kế
Tải trọng
đặt
rAi’
rBi’
Pi (Kg)
tải
Thép
Đồng
Thép
Đồng
thứ i
1
0,5
0,03
0,08
0,02
0,04
2
1
0,07
0,15
0,04

0,08
3
1,5
0,10
0,24
0,07
0,13
4
2
0,14
0,31
0,09
0,17

rAi’- rBi’
Thép

Đồng

0,01
0,03
0,03
0,05

0,04
0,07
0,11
0,14

IV. Tính toán kết quả:

Ta có:

Gi =

M Z .LAB Pi .b.LAB 32
Pi .a.b.LAB 32
=
.
=
.
AB
AB
π .d 4 ∆Ai' − ∆Bi' π .d 4
ϕi . J P
ϕi

- Ứng với mỗi tải trọng Pi suy ra:
Môđun
đàn hồi
Gi
G1
G2
G3
G4
-

Tải trọng Pi
(Kg)

Thép

Đồng

0,5
1
1,5

8536,9
5691,3
8536,9

2134,2
2439,1
2328,3

2

6829,5

2439,1

Vậy môđun đàn hồi trượt G của thép là:
4

G thép =

-

∑G

i

i =1

= 7398,7 (Kg/mm2)

4
Vậy môđun đàn hồi trượt G của đồng là:
4

G đồng

Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang

=

∑G
i =1

4

i

= 2335,2 (Kg/mm2)

Trang 7