Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU

Mục Lục
Bài 1: Thí nghiệm kéo thép ...........................................................2
Phụ lục..................................................................................8
Bài 2: Thí nghiệm kéo gang ............................................................10
Bài 3: Thí nghiệm nén thép .............................................................13
Bài 4: Thí nghiệm nén gang ............................................................15
Bài 5: Thí nghiệm uốn thép xây dựng.............................................18
Bài 6: Xác định module đàn hồi của thép.......................................20
Bài 7: Xác định module chống trượt của thép................................23

Bài 1: THÍ NGHIỆM KÉO THÉP
Trang 1


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU
Mục đích thí nghiệm:
• Tìm hiểu quan hệ lực (tải trọng) và biến dạng khi kéo mẫu thép;
• Xác định một số đặc trưng cơ học của thép:
 Giới hạn chảy (σc);
 Giới hạn bền (σb);
 Độ giãn dài tương đối (δ);
 Độ co thắt tỉ đối (ψ).
1.2 Cơ sở lí thuyết:
• Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lực kéo (P) và biến dạng dài (∆L) của mẫu
thí nghiệm kéo thép thường có dạng như sau (hình 1.1):
1.1

Hình 1.1: Quan hệ (P - ∆L) & (σ – ε)
•

Một số đặc trưng cơ học của thép:






Giới hạn tỉ lệ:
Giới hạn chảy:
Giới hạn bền:
Độ giãn dài tương đối:
Độ co thắt tỷ đối:

Trong đó:

σtl =
σc =
σb =
δ = 100%
ψ = 100%

(1.1)
(1.2)
(1.3)
(1.4)
(1.5)

F0: diện tích mặt cắt ngang của mẫu lúc đầu;
F1: diện tích mặt cắt ngang của mẫu tại vị trí bị đứt;

L0: chiều dài tính toán ban đầu của mẫu thử;
L1: chiều dài tính toán sau khi đứt của mẫu thử.

1.3

Mẫu thí nghiệm

Trang 2


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU
•

Theo TCVN 197-1985 : mẫu có mặt cắt ngang hình tròn hoặc hình chữ
nhật- tùy theo quy cách của vật liệu cần thử (hình 1.2);

Hình 1.2: Mẫu thí nghiệm kéo thép

Hình 1.3: Khắc vạch trên mẫu thử
•
•

Mẫu tiết diện tròn:

L0 = 5.d0 hay 10.d0 (tùy mẫu ngắn hay dài)
L = L0 + (0,5.d0 2,0.d0)
Mẫu tiết diện chữ nhật: L0 = 5,65 hay 11,30
L = L0 + (1,5 2,5)
 Quan hệ giữa bề dày (t0) và bề rộng (b0); chiều dài tính toán (L0)
của mẫu tiết diện chữ nhật được cho trong bảng sau:

Chiều dày mẫu (t0)

Chiều rộng mẫu (b0)

Chiều dài tính toán (L0)

0,5 mm t0 2,0 mm

12,5 mm

50,0 mm

2,0 mm t0 3,0 mm

20,0 mm

80,0 mm

3,0 mm < t0

8.t0

5,65hay 11,30

1.3 Thiết bị thí nghiệm:
• Máy kéo đa năng (Capacity = 1000kN);
• Thước thẳng bằng hợp kim có độ chính xác 1 mm;
• Thước kẹp bằng hợp kim có độ chính xác 0,02 mm;
• Dụng cụ kẻ vạch trên mẫu thử ( giũa “ba lá”);

• Giấy vẽ biểu đồ (có chia lưới).
1.4

Chuẩn bị thí nghiệm:
• Kiểm tra các dụng cụ đo;
• Đo d0 (mẫu tròn)
tính L0 = 10.d0;

Trang 3


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU
•
•
•
•
•

Khắc vạch lên mẫu (khoảng cách = 10 mm)
xem hình 1.3;
Điều chỉnh kim chỉ lực về vị trí “0” trên đồng hồ;
Chọn đối trọng và ngàm kéo thích hợp với kích thước mẫu thử;
Kẹp mẫu vào ngàm kéo;
Gắn giấy vẽ vào ru-lô, kiểm tra kim chỉ lực và bút vẽ trên ru-lô.

1.5

Tiến hành thí nghiệm:
• Mở valve gia tải: cho máy tăng lực kéo từ từ;
• Theo dõi đồng hồ: đọc các giá trị Pc & Pb (hoặc đọc trên biểu đồ);

• Khi mẫu thử bị đứt: xả áp lực và lấy mẫu thử ra.

1.6

Tính toán kết quả thí nghiệm:
• Kết quả thí nghiệm được ghi lại tại bảng sau:

Mẫu thép

L0 (mm)

x (mm)

N

n

100

7

10

1

Xác định ‘chiều dài tính toán’ của mẫu thử sau khi đứt:
•
•

Mẫu

thép
a)

Trang 4

Gọi: 0 là vị trí chỗ đứt; A là vạch biên trên đoạn ngắn;
Gọi x là khoảng cách từ A đến 0:
 Theo kết quả thí nghiệm cho ta thấy x = 7 <
 Gọi: N là số khoảng chia trên mẫu => N =10;
 Gọi: B là điểm nằm trên vạch nào đó của đoạn dài sao
cho ”khoảng cách từ B đến 0 bằng hoặc nhỏ hơn 1
vạch so với khoảng cách từ A đến 0”;
 Gọi n là số khoảng chia trên AB => n =1;
 Vì (N - n) = 10 – 1 = 9 là số lẻ nên:
 Điểm C nằm trên vạch cách điểm B 4 khoảng chia;
 Điểm D nằm trên vạch cách điểm C 1 khoảng chia;
 Các khoảng cách:
LAB = 14 mm; LBC = 40 mm; LBD = 50 mm
L1 = LAB + LBC + LBD = 104 mm

L0 (mm) d0 (mm) L1 (mm) d1 (mm)
100

10

104

Tính độ giãn dài tương đối (δ):

5,5

Ptl (kN) Pc (kN) Pb (kN)
9.8

11,2

65,8


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU

Hình 1.4 : Mẫu thử sau khi đứt
•

b)

Độ giãn dài tương đối:
104 − 100
100

δ = 100% =
.100=4%
Tính độ co thắt tỷ đối (ψ):
• Đo đường kính d1 tại chỗ đứt => d1 = 7 m
•
•
• m
Diện tích co thắt: F1 = = 38.48 mm;
• Độ co thắt tỷ đối:
π 10 2

72
−π
4
4 .100
2
π 10
4

c)

ψ = 100% =
= 51%
Tính giới hạn chảy (σc) và giới hạn bền (σb):
•

•

Diện tích mặt cắt ngang lúc đầu của mẫu thử:
F0 = .d02 = 78,54 (mm2)
Giới hạn chảy:

σc = =

11,2.10 3
78,54
=

65.8.10
78,54

Giới hạn bền:
σb = =
Vẽ lại biểu đồ quan hệ (P – ∆L):
•

d)

Trang 5

142,60

(MPa)

3

=837,79

(MPa)


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU
Hình 1.5 : Biểu đồ quan hệ (P – ∆L)
1.7

Nhận xét, giải thích kết quả thí nghiệm:
• Nhận xét dạng biểu đồ P-∆L:
 Giai đoạn tỉ lệ (0-Ptl): Quan hệ giữa P và ∆L là tuyến tính.
 Giai đoạn tỉ lệ (Ptl-Pch) : Lực Kéo P và ∆L không còn là tuyến tính
nữa. Lúc này P tăng chậm những Thép biến dạng nhanh, tức là ∆L
biến dạng nhanh.

 Giai đoạn bền (Pch-Pb): Lúc này lực kéo tiếp tục tăng đến khi mẫu
thép thắt lại và bị đứt.
• Một số tính chất cơ học của thép (vật liệu dẻo):
- Trọng lượng nhẹ hơn đa số kết cấu chịu lực khác.
- Do hàm lượng C trong thép thấp hơn 2,06% nên thép có tính dẻo cao,
nhưng độ cứng thấp.
- Giới hạn chảy, giới hạn bền và giới hạn đàn hồi của thép lớn.
- Khả năng chịu kéo, uốn cao.
- Cường độ chịu lực cao
công trình làm bằng thép có khả năng chịu tải
khá lớn.

1.8

Thí nghiệm kéo mẫu thép cốt bê-tông (thép gân):
• Trình tự thí nghiệm:
 Xác định đường kính danh nghĩa (ϕ) của mẫu thép;
 Dùng thước thẳng đo chiều dài (l ) mẫu thép;
 Dùng cân điện tử để xác định khối lượng (m) mẫu thép;
 Khắc vạch trên mẫu: mỗi vạch cách nhau 2,0ϕ; 2,5ϕ hoặc 5,0 ϕ
(tùy theo đường kính ϕ); Chiều dài tính toán: L0 = 10. ϕ;
 Gắn mẫu vào ngàm kéo và thực hiện các bước tiếp theo (giống như
trường hợp kéo mẫu tròn trơn).
• Tính toán kết quả thí nghiệm:
 Diện tích tiết diện ngang danh nghĩa:
Fdn =
 Diện tích tiết diện ngang thực tế:
Ftt =
 Ứng suất danh nghĩa:
 Ứng suất chảy danh nghĩa:

=
 Ứng suất bền danh nghĩa:
=
 Ứng suất thực tế:
 Ứng suất chảy thực tế:
=
 Ứng suất bền thực tế:
=
• Kết quả tính toán được trình bày ở bảng sau:

(mm)
Trang 6
10

m (g)

L0 (mm)

L (mm)

L1 (mm)

(mm2)

(mm2)

176,4

100

300

137

78,54

78,47


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU

Pc (kN)

Pb (kN)

25,1

51,39

σc (MPa)
319,58

319,87

σb (MPa)
654,31

σtl (%)

654,9

37

PHỤ LỤC

Hình 1.1a: Ngàm kẹp

Hình 1.1b: Phím điều khiển

Hình 1.1: Máy kéo nén đa năng

Hình 1.2: Bộ dụng cụ thí nghiệm
Trang 7


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU

Hình 1.3: Biểu
đồ kéo thép

Hình 1.4: Mẫu thép bị đứt

Hình 1.5: Biểu
đồ kéo thép gân

Hình 1.6: Mẫu thép gân bị
đứt

Bài 2: THÍ NGHIỆM KÉO GANG
2.1

Mục đích thí nghiệm:
• Tìm hiểu quan hệ giữa lực (tải trọng) và biến dạng khi kéo mẫu gang;
• Xác định giới hạn bền khi chịu kéo () của gang;

Trang 8


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU

2.2

Cơ sở lý thuyết:
• Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lực kéo (P) và biến dạng dài (∆L) của mẫu
thí nghiệm kéo gang có dạng như sau:

Hình 2.1
Quan hệ P - ∆L khi kéo gang
• Giới hạn bền kéo: =
(2.1)
2.3 Mẫu thí nghiệm:
• Theo TCVN 197-1985: mẫu có mặt cắt ngang hình tròn hoặc hình chữ
nhật- tùy theo quy cách của vật liệu cần thử (hình 1.2);

Hình 2.2: Mẫu thí nghiệm kéo gang

Hình 2.3: Khắc vạch lên mẫu thử
•
•

Mẫu tiết diện tròn:

L0 = 5.d0 hay 10.d0 (tùy mẫu ngắn hay dài)
L = L0 + (0,5.d0 2,0.d0)
Mẫu tiết diện chữ nhật: L0 = 5,65 hay 11,30
L = L0 + (1,5 2,5)
 Quan hệ giữa bề dày (t0) và bề rộng (b0); chiều dài tính toán (L0)
của mẫu tiết diện chữ nhật được cho trong bảng sau:

Chiều dày mẫu (t0)
Trang 9

Chiều rộng mẫu (b0)

Chiều dài tính toán (L0)


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU
0,5 mm t0 2,0 mm

12,5 mm

50,0 mm

2,0 mm t0 3,0 mm

20,0 mm

80,0 mm

3,0 mm < t0
8.t0
2.4 Thiết bị thí nghiệm:
• Máy kéo đa năng (Capacity = 1000kN);
• Thước kẹp có độ chính xác 0,02 mm;
• Giấy vẽ biểu đồ (có chia lưới sẵn).
2.5

5,65hay 11,30

Chuẩn bị thí nghiệm:
• Dùng dụng cụ chả thật sạch bụi than ở 2 đầu mẫu thử;
• Đo d0 (mẫu tròn);
• Chọn đối trọng thích hợp;
• Điều chỉnh kim chỉ lực về vị trí “0” trên đồng hồ;
• Chọn ngàm kéo thích hợp với kích thước đầu ngàm của mẫu;
• Kẹp mẫu vào ngàm kéo;
• Gắn giấy vẽ vào ru-lô, kiểm tra kim chỉ lực và bút vẽ trên ru-lô.

Tiến hành thí nghiệm:
• Mở value gia tải: cho máy tăng lực kéo từ từ;
• Theo dõi đồng hồ: đọc giá trị Pb.k (hoặc đọc trên biểu đồ);
• Khi mẫu bị đứt: xã áp lực và lấy mẫu thử ra.
2.7 Tính toán kết quả thí nghiệm:
• Giới hạn bền kéo: :
=
• Kết quả thí nghiệm được ghi lại ở bảng sau:
2.6

d0 (mm)

(mm2)

(kN)

(MPa)

10

78,54

12,07

153.68

2.8

Nhận xét, giải thích kết quả thí nghiệm:
• Nhận xét biểu đồ P-∆L:
 Giai đoạn từ (0-Pb): P và ∆L tuyến tính.
 Giai đoạn bền: P tăng nhanh đến giá trị cực đại và bị đứt, trong khi biến dạng
dài rất ít.
• Tính chất cơ học của gang (vật liệu giòn):
- Do hàm lượng C trong gang chiếm hơn 2,1% nên gang có độ cứng cao
nhưng độ dẻo thấp, tính giòn cao.
- Điểm nóng chảy thấp, độ chảy loãng tốt, dễ gia công, có khả năng chịu
mài mòn, chịu oxi hóa cao, do đó gang được sử dụng trong rất nhiều chi
tiết, lĩnh vực khác nhau.
Trang 10

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU
•

•

So sánh tính chất cơ học của thép (vật liệu dẻo) và tính chất cơ học của gang
(vật liệu giòn):
- Gang và thép đều là hợp kim giữa sắt (Fe) và Cacbon (C) cơ bản giống
nhau về cấu tạo nhưng khác nhau về tỉ lệ thành phần Cacbon có trong
hợp kim, điều này làm nên sự khác nhau rõ rệt về tính chất cơ học.
- Hàm lượng C trong gang chiếm từ 2,1% 4,3% nên gang có độ cứng cao,
tính giòn cao nhưng độ dẻo thấp.
- Hàm lượng C trong thép chiếm từ 0,02% 2,06% nên thép có tính dẻo cao
nhưng độ cứng thấp.
Trong xây dựng người ta thường sử dụng thép vì:
- Các tiêu chí của thép về tính dẻo, tính đàn hồi, cường độ chịu lực phù hợp
với các kết cấu chịu lực lớn trong các công trình xây dựng.
- Trọng lượng nhẹ hơn đa số các kết cấu chịu lực khác.
- Hình dạng và kích thước tiết diện tương đối bé nên công trình thường có
dáng dấp thanh mảnh, nhẹ nhàng.
- Có tính công nghiệp hóa cao: có thể sản xuất hoàn toàn trong nhà máy,
vận chuyển, lắp ráp dễ dàng, nahnh chóng.
- Tính đồng chất cao, tính chống thấm cao.
Đối với gang: Độ dẻo thấp, tính giòn cao nên ít được sử dụng trong công
trình xây dựng, trong xây dựng người ta thường sử dụng gang xám – có
thành phần C ở dạng tự do còn gang trắng không nên dung trong những
kết cấu tải trọng động, tải trọng lặp vì dễ bị phá hoại.

Bài 3: THÍ NGHIỆM NÉN THÉP

Mục đích thí nghiệm:
• Quan sát biến dạng của mẫu thép khi chịu nén;
• Xác định giới hạn chảy (σc) của thép khi chịu nén (rất khó xác định).
3.2 Cơ sở lý thuyết:
• Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lực n-én (P) và biến dạng dài (∆L) của mẫu
thí nghiệm nén thép có dạng như sau:
3.1

Trang 11


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU

Hình 3.1-a: Quan hệ P - ∆L khi nén thép

Hình 3.1-b: Mẫu thí nghiệm

Giới hạn chảy của thép khi chịu nén : = ;
(3.1)
3.3 Mẫu thí nghiệm:
• Mẫu có dạng trụ tròn (h 3.2) hoặc lăng trụ đa giác, với kích thước:
 d0:
đường kính ban đầu của mẫu;
 h0:
chiều cao ban đầu của mẫu;
•

Trong đó:

1 3

Thiết bị thí nghiệm:
• Máy kéo nén đa năng (Capacity = 1000kN);
• Thước kẹp có độ chính xác 0,02 mm;
• Giấy vẽ biểu đồ (có chia lưới sẵn).
3.5 Chuẩn bị thí nghiệm:
• Đo d0 & h0;
• Gắn và điều chỉnh bàn nén;
• Đặt mẫu vào bàn nén; điều chỉnh cho mẫu đứng thẳng và đúng tâm;
• Chọn đối trọng thích hợp;
• Điều chỉnh kim chỉ lực về vị trí “0” trên đồng hồ;
• Gắn giấy vẽ vào ru-lô;
• Kiểm tra kim chỉ lực và bút vẽ trên ru-lô.
3.6 Tiến hành thí nghiệm:
• Mở valve gia tải: cho máy tăng lực nén từ từ;
• Quan sát biến dạng của mẫu thép, khi mẫu bị co ngắn khoảng 50% thì xả
áp lực & lấy mẫu ra.
3.7 Kết quả thí nghiệm:
• Hình dạng mẫu thử sau quá trình chịu lực:
3.4

•

Kết quả thí nghiệm:
(mm)

(mm)

(mm2)

(kN)

(MPa)

20

10

78.54

33.91

431.75

Trang 12


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU

3.8

Nhận xét, giải thích kết quả thí nghiệm:
• Đánh giá tính chất cơ học của vật liệu thép khi chịu nén:
Mẫu vật liệu dẻo (thép): Ta có giới hạn chảy σ cn = = 431.75 (MPa) dựa
vào bản tiêu chuẩn của vật liệu, mẫu thép này thuộc loại thép khá tốt.
Trong quá trình nén thì việc xác định Pc là rất khó khăn.
• So sánh với tính chất của nó khi chịu kéo: Dựa vào kết quả thí nghiệm
kéo và nén thép, ta nhận thấy thép là vật liệu chịu kéo nén rất tốt nhờ tính
dẻo. Khi bị nén, thép không bị phá huỷ đứt như khi bị kéo. Khả năng chịu
nén cao của thép phụ thuộc nhiều vào hàm lượng cacbon trong thép.

Bài 4: THÍ NGHIỆM nén GANG
4.1

Mục đích thí nghiệm:
• Tìm hiểu quan hệ giữa lực và biến dạng khi nén gang;
• Xác định giới hạn bền khi chịu nén () của gang.

4.2

Cơ sơ lý thuyết:
• Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lực nén (P) và biến dạng dài (∆L) có dạng
như hình 4.1:

Hình 4.1-a: Quan hệ P - ∆L khi nén gang; Hình 4.1-b: Mẫu thí nghiệm
• Giới hạn bền khi chịu nén:
=
(4.1)
4.3 Mẫu thí nghiệm:
• Mẫu có dạng trụ tròn (h 4.2) hoặc lăng trụ đa giác, với kích thước:
 d0:
đường kính ban đầu của mẫu;
 h0:
chiều cao ban đầu của mẫu;
Trang 13


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU
Trong đó:

1 3

Thiết bị thí nghiệm:
• Máy kéo nén đa năng (Capacity = 1000kN);
• Thước kẹp có độ chính xác 0,02 mm;
• Giấy vẽ biểu đồ (có chia lưới sẵn).
4.5 Chuẩn bị thí nghiệm:
• Đo d0 & h0;
• Gắn và điều chỉnh bàn nén;
• Đặt mẫu vào bàn nén; điều chỉnh cho mẫu đứng thẳng và đúng tâm;
• Chọn đối trọng thích hợp;
• Điều chỉnh kim chỉ lực về vị trí “0” trên đồng hồ;
• Gắn giấy vẽ vào ru-lô;
• Kiểm tra kim chỉ lực và bút vẽ trên ru-lô.
4.4

4.6

Tiến hành thí nghiệm:
• Mở valve gia tải: cho máy tăng lực nén từ từ;
• Theo dõi đồng hồ: đọc giá trị Pb.n (hoặc đọc trên biểu đồ);
• Khi mẫu bị phá hoại thì dừng lại: xả áp lực và lấy mẫu ra.

4.7

Tính toán kết quản thí nghiệm:
• Hình dạng của mẫu thử sau thí nghiệm:

•

4.8

Nhận xét: Mẫu bị bể xiên 45°.
Kết quả thí nghiệm:
(mm)

(mm)

(mm2)

(kN)

(MPa)

20

10

78.54

57.92

737.46

Nhận xét, giải thích kết quả thí nghiệm:
• Trình bày cơ tính của vật liệu gang:
- Gang có cơ tính kém.

Trang 14

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU

Đặc
Vật liệu
điểm so sánh
Giống nhau

Khác nhau

Gang

Thép

Đều là hợp kim của sắt và cacbon.
Trong thành phần của
gang có nhiều cacbon
hơn thép. Gang rất
cứng, giòn không thể
nén hay kéo thành sợi.

Trong thành phần của
thép có ít cacbon hơn
gang và còn có một số
thành phần khác. Thép
có tính cứng, bền, dẻo
và khả năng chống gỉ
(phụ thuộc vào thành
phần).

- Độ bền thấp, giới hạn bền kém < 350-400 MPa (thường nằm trong
khoảng 150-350MPa) chỉ bằng nửa của thép thông dụng (1/3-1/5 thép
hợp kim).
- Độ dẻo thấp, được xem là vật liệu giòn.
So sánh tính chất của gang và thép:
Từ thí nghiệm trên, ta thấy tính dẻo, độ bền của thép vượt trội gang. Tuy nhiên
trong một số giới hạn cụ thể người ta có thể sử dụng gang thay thép cho thấy
gang (vật liệu giòn) chịu nén tốt hơn chịu kéo và do đó cúng được sử dụng thích
hợp trong các kết cấu nén.
•

Bài 5: THÍ NGHIỆM UỐN THÉP XÂY DỰNG
5.1

Mục đích thí nghiệm:

Trang 15


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU
•
•
5.2

Kiểm tra, đánh giá cơ tính của vật liệu;
So sánh với tiêu chuẩn của sản phẩm đã công bố.

Bản chất phương pháp:
• Mẫu thử (có tiết diện vuông, chữ nhật, tròn) được đem biến dạng dẻo
xuong quanh gối uốn (búa uốn) đến khi đạt góc uốn định trước hoặc đến

khi xuất hiện vết nứt (hình 5.1).

Hình 5.1: Sơ đồ thí nghiệm uốn
Mẫu thí nghiệm:
Theo TCVN 198-1985:
• Chiều rộng mẫu thử (vuông, chữ nhật hay đa giác):
 Nếu vật liệu có chiều rộng ban đầu b0 20 mm
lấy b = b0;
 Nếu vật liệu có b0 > 20 mm
gia công để có b = (20 50) mm,
sao cho b = 2.a
 Nếu vật liệu có a0 3 mm
lấy a = a0; b 20 mm ( 5 mm).
• Chiều dày mẫu thử (vuông, chữ nhật hay đa giác);
 Khi a0 25 mm
lấy a = a0;
 Khi a0 >25 mm
gia công để có a = 25mm;
(Khi uốn: để mặt không bị gia công về phía chịu kéo).
• Đường kính mẫu thử (tròn):
 Nếu d0 50 mm: lấy d =d0;
 Nếu d > 50 mm
gia công để cho d = (20 50) mm;
• Chiều dài mẫu thử:
 Phụ thuộc bề dày (hoặc đường kính) mẫu thử và cách tiến hành thử.
5.4 Thiết bị thí nghiệm:
• Máy kéo đa năng (Capacity = 1000kN);
• Thước kẹp có độ chính xác 0,02 mm;
• Thước thẳng kim loại, thước đo góc;
• Các dụng cụ cần thiết.

5.3

5.5

Tiến hành thí nghiệm: (mẫu thép cốt bê-tông)
• Chọn búa uốn (D) thích hợp với kích thước mẫu: D=(2,5 3,0).ϕ;
• Gắn búa uốn vào máy;

Trang 16


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU
Điều chỉnh khoảng cách 2 gối đỡ;
Mở máy, điều chỉnh cho búa uốn chạm vào mẫu thử;
Gia tải từ từ để uốn mẫu đến góc 90
lấy mẫu ra, xem xét có vết nứt
hay không;
Nếu mẫu thử chưa nứt
đặt mẫu vào và uốn tiếp cho đến khi xuất hiện
vết nứt hoặc đến 180.

•
•
•

5.6

Kết quả thí nghiệm:

b (mm)

9

5.7

h (mm)

12

Ix (mm4) ∆Pi (N)

1296

δi (mm)

∆fi (mm)

Ei (MPa)

5

0,046

0,046

22.104

5

0,094

0,0473

21,7.104

5

0,139

0,045

22,8.104

5

0,187

0,048

21,4.104

5

0,236

0,048

21,4.104

E (MPa)

21,86.104

Nhận xét, giải thích kết quả thí nghiệm:
• Thí nghiệm uốn đối với thép cường lực được sử dụng để kiểm tra độ dẻo.
Mẫu không được giảm độ bền của nó và không được phép dò thấy điểm
nứt thông qua kiểm tra bằng giác quan. Nhiều đế đỡ và khuôn tròn khác
nhau được xác định, phụ thuộc vào tiêu chuẩn, góc uốn theo quy luật góc
90° hoặc 180°.
• Do thép có khả năng chịu uốn lớn nên trong xây dựng người ta rất hay sử
dụng thép vì có thể bẻ cong từ một thanh thép thẳng thành một khung
hình chữ nhật, hình tròn, hình chữ U…

Bài 6: XÁC ĐỊNH MODULE ĐÀN HỒI CỦA THÉP
6.1 Mục đích thí nghiệm:
• Xác định module đàn hồi (E) của thép;
• So sánh với giá trị E đã học.
6.2 Cơ sở lý thuyết:
• Xét một dầm console chịu lực như hình 6.1:
 Độ võng tại vị trí đặt tải trọng: =
(6.1)
 Module đàn hồi được tính:
E=
(6.2)
Trong đó:
Ix = : moment quán tính của tiết diện;

Trang 17

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU
L:

chiều dài nhịp tính toán;

b, h:

kích thước t/d ngang;

Hình 6.1: Sơ đồ thí nghiệm
6.3 Mẫu thí nghiệm:
• Mẫu được chế tạo bằng thép CT3 cán nóng, có tiết diện ngang hình chữ
nhật (bh)
hình 6.2
• Chiều dài nhịp tính toán (L) là khoảng cách từ vị trí có tiết diện không
đổi (“ngàm”) đến vị trí đặt lực. Nên chọn L là bội số của 10 mm (để thuận
tiện tính toán).

Hình 6.2: Mẫu thí nghiệm
6.4 Thiết bị thí nghiệm:
• Bộ khung thí nghiệm có gắn sẵn mẫu thí nghiệm;
• Thước kẹp có độ chính xác 0,02;
• Thước thẳng bằng kim loại (hợp kim);
• Đồng hồ đo biến dạng có độ chính xác 1/1000 mm;
• Các dụng cụ phụ trợ khác: kẹp, giá đỡ …
6.5 Chuẩn bị; tiến hành thí nghiệm:
• Dùng thước kẹp đo kích thước tiết diện ngang;
• Gắn đồng hồ đo biến dạng vào giá đỡ;
• Dùng thước thẳng đo chiều dài nhịp;
• Lắp thiết bị treo tải vào mẫu thử

đọc (ghi lại) con số trên đồng hồ đo
biến dạng: (δ0);
• Đặt một quả cân vào vị trí treo tải (mỗi quả cân có trọng lượng 5N)
đọc (ghi lại) số trên đồng hồ đo biến dạng: (δ1);
• Đặt tiếp quả cân thứ hai lên giá treo tải
đọc (ghi lại) số trên đồng hồ
đo biến dạng: (δ2);
Trang 18


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU
•

Tiếp tục quá trình trên (đến khi hết 5 quả cân).

6.6 Kết quả thí nghiệm:
- Số gia độ võng: chép trong tài liệu
- Mô đun đàn hồi:
b (mm) h(mm)

6.7 Nhận xét kết quả thí nghiệm:
• Nhận xét độ lớn, trị số của kết quả tìm được:
- Với vật liệu bằng thép,theo lý thuyết Elt=200000MPa ,như vậy đo
được lớn hơn Elt nguyên nhân do sai số.
•

Giải thích nguyên nhân sai số nếu có:
-

Trang 19

Khi đo đường kính và chiều dài chỉ mang tính tương đối.
Chuyền vị bé,trang thiết bị khó chính xác.
Làm tròn số liệu khi tính toán.


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU

Bài 7: XÁC ĐỊNH MODULE CHỐNG TRƯỢT CỦA
THÉP
7.1 Mục đích thí nghiệm:
• Xác định module chống trượt (G) của thép;
• So sánh với giá trị G đã được công bố.
7.2 Cơ sở lý thuyết:
• Khi xoắn thuần túy một thanh có mặt cắt ngang hình tròn, góc xoắn tương
đối 2 mặt cắt A, B cách nhau một đoạn LAB được tính như sau:
φAB =
Jp =
(7.1)
Trong đó: Mz: moment xoắn (hằng số trên chiều dài AB),
Jp:
moment quán tính đối với tâm của tiết diện ngang,
G:
module chống trượt của vật liệu,
LAB: khoảng cách giữa 2 mặt cắt đang xét.
• Từ quan hệ trên, có thể tính được G nếu đo được các giá trị còn lại.
7.3 Mẫu thí nghiệm:
• Hệ thống thí nghiệm bố trí như hình 7.1:

Hình 7.1: Sơ đồ thí nghiệm

•

Mẫu thí nghiệm [1] là một thanh thép có tiết diện tròn; một đầu mẫu kẹp
chặt vào ngàm, đầu kia nằm trong ổ bi (bạc đạn [2]) nên có thể xoay tự do

Trang 20


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU
được; đầu thừa của mẫu gắn một thanh ngang (console [3]), đầu console
được treo các quả cân để tạo ra moment xoắn trong thanh [1],
• Trong khoảng từ ngàm đến ổ bi có gắn 2 thanh ngang (console [4]),
• Các đồng hồ đo biến dạng (chuyển vị kế [5]) được gắn ở gắn console [4]).
7.4 Thiết bị thí nghiệm:
• Bộ khung thí nghiệm có gắn sẵn mẫu;
• Thước kẹp có độ chính xác 0,02 mm;
• Thước thẳng bằng kim loại (hợp kim);
• Đồng hồ đo biến dạng có độ chính xác 1/1000 mm;
• Các dụng cụ phụ trợ khác: kẹp, giá đỡ …
7.5 Chuẩn bị; tiến hành thí nghiệm:
• Dùng thước kẹp đo đường kính mẫu thử,
• Gắn đồng hồ đo biến dạng vào giá đỡ,
• Dùng thước thẳng đo khoảng cách giữa A và B (LAB),
• Đo khoảng cách từ trục mẫu [1] đến vị trí đồng hồ đo biến dạng (a),
• Đo khoảng cách từ trục mẫu [1] đến vị trí treo các quả cân (b),
• Lắp thiết bị treo tải vào đầu console [3]
đọc (ghi lại) các con số trên
đồng hồ đo biến dạng: (δA,0 và δB,0);
• Đặt một quả cân vào vị trí treo tải (mỗi quả cân có trọng lượng 10N)
đọc (ghi lại) số trên hai đồng hồ đo biến dạng: (δA,1 và δB,1).

• Đặt tiếp quả cân thứ hai lên giá treo tải
đọc (ghi lại) số trên đồng hồ
đo biến dạng: (δA,2 và δB,2).
• Tiếp tục quá trình trên (cho đến khi hết 5 quả cân).
LAB (mm)

d0 (mm)

a (mm)

b (mm)

Jb (mm4)

Pi (N)

Pib (N.mm)

300

251327.4

5

1500

300
40
200
7.6 Kết quả thí nghiệm:

δA,i (mm)

φA,i (rad)

δA,0 = 0

0

δA,1 = 6,5.10-3

3,25.10-5

δA,2 = 0.0145

4.10-5

δA,3 = 0.024
δA,4 = 0.0325

4.75.10-5
4.25.10-5

Trang 21

δB,i (mm)

φB,i (rad)

δB,0 = 0
0

δB,1 = 2.5.10- 1,25.10-5
3

δB,2 = 5.5.10- 1,5.10-5
3
-5
δB,3 = 0.011 2,75.10
δB,4 = 0.0145 1,75.10-5

φAB,i (rad) Gi (MPa) G (MPa)
82362.7
0
0
12
-5
2.10
89524.7
2,5.10-5
2.10-5
2.5.10-5

71619.7
3
89524.7
71619.7
3


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU
δA,5 = 0.042

4.75.10-5

δB,5 = 0,02

2,75.10-5

2.10-5

89524.7

7.7 Nhận xét kết quả thí nghiệm:.
•

Nhận xét và so sánh độ lớn G tìm được với lý thuyết:
-

•

Với vật liệu bằng thép theo lý thuyết G lt = 80000MPa, như vậy G
đo được lớn hơn do nguyên nhân sai số.

Giải thích nguyên nhân sai số:
- Khi đo đường kính chiều dài chỉ mang tính tương đối.
- Chuyển vị bé trang thiết bị khó chính xác.
- Làm tròn số liệu khi tính toán.

Trang 22