Phòng thí nghiệm Phòng thí nghiệm kỹ thuật công trình khoa kỹ thuật công trình khoa

1

Giảng Viên:: Giảng Viên

Ngô Tấn Dưượcợc

NCSNCS. . Ngô Tấn D ThSThS. . Lê VLê Văăn Tâmn Tâm

2

1. MỤC ĐÍCH

 Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng khi kéo mẫu thép.

 Xác định đặc trưng cơ học của thép:

Giới hạn chảy (c).

 Giới hạn bền (b).

Độ giãn dài tương đối khi đứt ().

Độ thắt tỷ đối (y).

3

2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lực kéo và biến dạng dài (P-

DL) của mẫu trong thí nghiệm kéo thường có dạng.

Giai đoạn đàn hồi

C

D

P Pb Pch B Ptl A

Giai đoạn chảy - dẻo

Giai đoạn tái bền

4

O

DL

Đồ thị này gồm 3 giai đoạn:

 Đặc trưng tính bền

Giới hạn tỷ lệ :

tl 

Giới hạn chảy :

ch 

Giới hạn bền :

b 

Ptl 0F Pch 0F Pb 0F

 Đặc trưng tính dẻo

L 0

100

  %

Độ giãn tương đối:

F 1

Độ thắt tỉ đối :

100

  %

L  1 L 0 F  0 F 0

Trong đó:

F0- F1: Diện tích mặt cắt ngang ban đầu&chỗ bị đứt của mẫu L0-L1: Chiều dài tính toán ban đầu &s au khi đứt của mẫu

5

3. MẪU THÍ NGHIỆM

a) Mẫu thử thép tấm và thép hình

 Theo TCVN 197 – 1985: mẫu thí nghiệm có thể có tiết diện tròn hoặc chữ nhật

d0

L0 L

Mẫu tiết diện tròn:

Mẫu tiết diện chữ nhật:

L

65.5

3.11

0

F 0

F 0

5.1(

5.2

)

L0 = 5d0  10d0 L = L0 + (0,5d0  2,0d0)

LL  0

F 0

F 0

6

b) Mẫu thử thép cốt Bêtông

L

 Chiều dài tối thiểu Lmin = 14do + 2h

do - đường kính thanh thép (mm)

h - Chiều cao miệng kẹp máy thí nghiệm (mm)

7

4. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

8

 Máy kéo đa năng model WE – 1000B

9

10

11

12

13

4. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM (tt)

 Thước kẹp

14

 Thước thép

15

 Cân và dụng cụ khắc vạch

5. CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

 Kiểm tra mẫu thử.

 Xác định L0, d0 cho mẫu thử.

 Khắc vạch lên mẫu thử khoảng cách giữa các vạch 10mm.

L0

16

N Khoảng

6. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

 Cho tăng lực từ từ, theo dõi đồng hồ đo và đọc các giá trị Ptl, Pch, Pb (dựa vào đồ thị)

7. ĐO ĐẠC SAU KHI THÍ NGHIỆM

 Đo xác định độ dãn dài.

17

 Đo xác định độ thắt

8. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ

NGHIỆM  Tính toán các ứng suất giới hạn: chảy, bền.

18

 Tính độ giãn dài tương đối, độ thắt tương đối.

8. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ

O

A

L1

NGHIỆM (tt) Cách xác định chiều dài mẫu sau khi đứt:

19

Nếu L0/3 £ x £ L0/2 thì : L1 được lấy bằng khoảng cách giữa 2 vạch biên.

8. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ

C

O

B

A

LAB

LBC

n khoảng

(N-n)/2 khoảng

NGHIỆM (tt) Cách xác định chiều dài mẫu sau khi đứt

Nếu x < L0/3 và N – n là số chẵn thì :

20

L1 = LAB + 2LBC Trong đó OB £ OA

8. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ

LBC (N-n-1)/2 - Khoảng

LAB n - Khoảng

LBD

O

A

B

DC

NGHIỆM (tt) Cách xác định chiều dài mẫu sau khi đứt (tt):

Nếu x < L0/3 và N – n là số lẻ thì :

21

L1 = LAB + LBC + LBD Trong đó OB £ OA, CD = 1 Khoảng

 Xác định đặc trưng cơ học của gang: Giới hạn bền (b).

 So sánh tính chất cơ học của vật liệu dẻo (thép) và vật liệu dòn (gang)

22

1. MỤC ĐÍCH  Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng khi kéo mẫu gang.

2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT

 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lực kéo và biến dạng dài (P - DL) của mẫu trong thí nghiệm kéo thường có dạng.

23

Đồ thị này gồm 2 giai đoạn:

P

Pb Ptl A

Giai đoạn đàn hồi

O

DL

Giai đoạn chảy – dẻo – phá hoại

 Đặc trưng tính bền :

b 

Pb 0F

24

3. MẪU THÍ NGHIỆM

d0

L0 L

 Theo TCVN 197 – 1985: mẫu thí nghiệm có thể có tiết diện tròn hoặc chữ nhật

Mẫu tiết diện tròn:

25

L0 = 5d0  10d0 L = L0 + (0,5d0  2,0d0)

65.5

3.11 

Mẫu tiết diện chữ nhật:

L 0

F 0

F 0

5.1(

)

5.2 

LL  0

F 0

F 0

26

4. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

27

 Máy kéo đa năng model WE – 1000B

4. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM (tt)

 Thước kẹp

28

 Thước thép

29

 Cân và dụng cụ khắc vạch

5. CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

 Kiểm tra mẫu thử.

 Xác định L0, d0 cho mẫu thử.

 Khắc vạch lên mẫu thử khoảng cách giữa các vạch 10mm.

L0

30

N Khoảng

6. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

 Cho tăng lực từ từ, theo dõi đồng hồ đo và đọc các giá trị Ptl, Pch, Pb (dựa vào đồ thị)

7. ĐO ĐẠC SAU KHI THÍ NGHIỆM

 Đo xác định độ dãn dài.

31

 Đo xác định độ thắt

8. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ

NGHIỆM  Tính toán các ứng suất giới hạn: chảy, bền.

32

 Tính độ giãn dài tương đối, độ thắt tương đối.

1. MỤC ĐÍCH

33

Xác định độ dẽo của kim loại nguyên. Mẫu uốn xong được quan sát mức độ rạng nứt (nếu có) để đánh giá khả năng chịu uốn (độ dẽo) của vật liệu

2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT

có dạng.

34

uốn 180o uốn 90o

1. MỤC ĐÍCH

Xác định đặc trưng cơ học của thép:

Giới hạn chảy (c).

2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lực kéo

35

và biến dạng dài (P - DL) của mẫu trong thí nghiệm kéo thường có dạng.

P

Đồ thị này gồm 2 giai đoạn:

Pch A

Giai đoạn đàn hồi

DL

O Đặc trưng chịu lực của thép khi chịu nén

Giai đoạn chảy - dẻo

ch 

Giới hạn chảy :

Pch 0F

36

h0

d0

3. MẪU THÍ NGHIỆM  Theo TCVN 197 – 1985: mẫu thí nghiệm có thể hình trụ tròn hoặc lăng đa giác.

Trong đó:

1

3

d0 - Đường kính mẫu.

h 0  d 0

37

h0 – Chiều cao mẫu.

4. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

38

 Máy kéo đa năng model WE – 1000B

4. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM (tt)

 Thước kẹp

39

 Thước thép

40

 Một số loại thước kẹp

5. CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

Xác định h0, d0 cho mẫu thử. 6. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Cho tăng lực từ từ, theo dõi đồng hồ đo và đọc giá trị Pch, tiếp tục tăng thêm khoảng 70 – 80% Pch thì dừng lại.

7. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ

41

NGHIỆM Tính toán các ứng suất giới hạn chảy.

1. MỤC ĐÍCH

Xác định đặc trưng cơ học của gang:

Giới hạn bền (b). 2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lực kéo và

42

biến dạng dài (P - DL) của mẫu trong thí nghiệm kéo thường có dạng.

P

Đồ thị này có 2 giai đoạn:

A

Pb Ptl

Giai đoạn đàn hồi

O

DL Đặc trưng tính bền :

Giai đoạn chảy – dẻo – phá hoại

b 

Pb 0F

43

3. MẪU THÍ NGHIỆM

h0

d0

 Theo TCVN 197 – 1985: mẫu thí nghiệm có thể hình trụ tròn hoặc lăng đa giác.

Trong đó:

1

3

d0 - Đường kính mẫu.

h 0  d 0

44

h0 – Chiều cao mẫu.

4. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

45

 Máy kéo đa năng model WE – 1000B

4. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM (tt)

 Thước kẹp

46

 Thước thép

47

 Một số loại thước kẹp

5. CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

Xác định h0, d0 cho mẫu thử.

6. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Cho tăng lực từ từ, theo dõi đồng hồ đo và đọc giá trị Pb.

7. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ

NGHIỆM

48

Tính toán các ứng suất giới hạn bền.

1. MỤC ĐÍCH

Xác định mô đun đàn hồi E khi uốn thép.

2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT

49

Dưới tác dụng của tải trọng ngang đặt trong mặt phẳng quán tính chính trung tâm, ta có uốn phẳng và trục dầm bị uốn cong

P

O1

z

y

f 

O2

z

Đường đàn hồi

50

y

2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Chuyển vị tại đầu công xon của dầm được tính bằng: Trong đó:

f 

3 PL EI3

x

P – tải trọng tập trung. (1)

L – Chiều dài dầm công xon.

E 

3 PL fI3

x

Ix – Mô men quán tính. (2)

E – Mô đun đàn hồi.

51

f – Chuyển vị tại đầu công xon.

4. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

P

52

Thanh thép hình chữ nhật đầu công xon như hình vẽ.

Đặt tải trọng tác dụng lênh thanh, chuyển vị tại đầu công xon được tính:

f  1

3 LP 1 EI3 x

(3)

f  2

3 LP 2 EI3

x

53

(4)

Khi đó:

 3 LP 1

D f

f

 f 1

2

(5)

  P 2 EI3

3 D PL EI3

x

x

Trong đó:

P1, P2 – Tải trọng gia tải tại thời điểm 1 và 2.

L – Chiều dài dầm công xon.

Ix – Mô men quán tính.

E – Mô đun đàn hồi.

54

f1, f2 – C.vị tại đầu công xon tại thời điểm 1 & 2.

4. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM (tt)

 Thước kẹp có độ chính xác 0.02mm: 1 cái

 Thước thép có độ chính xác 0.1mm: 1 cái

 Chuyển vị kế điện tử có độ chính xác 0.001mm: 1 cái

55

 Bộ phận treo cân và các quả cân gia tải.

5. CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

 Đo kích thước mẫu, tính mômen quán tính Ix

 Lắp thiết bị đo, đo chiều dài dầm công xon.

56

 Chuẩn bị bộ phận gia tải.

Lần

Tải trọng

gia tài

(mm)

P (kG) D P (kG) A i

Chuyển vị kế (mm) DA i

1

1.0

2.000

1.0

2.000

2

2.0

4.000

1.0

2.000

3

3.0

6.000

1.0

2.000

4

4.0

8.000

57

Lập bảng biểu mẫu để tính toán :

6.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Gia tải theo từng cấp tải. Ghi lại kết quả

chuyển vị trên chuyển vị kế.

7. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ

NGHIỆM

Dựa trên kết quả chuyển vị kế tính toán độ võng theo công thức (5).

Tính toán mô đun đàn hồi theo công thức (3), tính giá trị trung bình của mô đun đàn hồi E.

58

So sánh với kết quả lí thuyết, giải thích

1. MỤC ĐÍCH

Xác định mô đun đàn hồi trượt G.

Kiểm định định luật Hoocke’s khi trượt.

2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT

59

Khi xoắn thuần túy thanh có mặt cắt ngang hình tròn thì góc xoắn tương đối giữa hai mặt cắt ngang A và B các nhau 1 khoảng LAB

AB

2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT (tt)

 AB

LM z GJ p

(1)

Trong đó:

AB – Góc xoắn tương đối giữa 2 mặt cắt A, B.

Mz – Mô men xoắn trong đoạn AB.

60

Jp - Mô men quán tính độc cực của mặt cắt ngang thanh.

J p

4 d  0 32

(2)

Với d0 – Đường kính của thanh tròn.

Nếu ta xác định được Mz, Jp, LAB và đo được góc xoắn AB thì có thể suy ra mô men đàn hồi trượt G:

G

LM AB z J  P

AB

61

(3)

DP

62

3. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

4. MÔ TẢ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

Mẫu thí nghiệm 1 là 1 thanh có tiết diện tròn,

một đầu ngàm và một đầu gắn vào bạn đạn (ô

bi) có thể xoay tự do. Bên ngoài đầu thừa gắn

thanh 2 để treo quả cân tạo mô men xoắn Mz (xem hình vẽ). Giữa ngàm và ổ bi gắn 2 thanh

ngang 3 tại A và B. Ở đầu mỗi thanh ngang đặt

63

1 chuyển vị kế.

4. MÔ TẢ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM (tt)

Khi đặt quả cân, thanh chịu xoắn thuần túy. Tại

A và B có góc xoắn A và B (góc xoắn tuyệt đối giữa A, B với ngàm).

64

Khi thanh bị xoắn thì mặt cắt ngang ở A và B bị xoay làm cho 2 thanh ngang 3 cũng xoay quay trục thanh.

Đầu các thanh ngang 3 chuyển vị các Chuyển vị kế đo được chuyển vị DA, DB. Khi đó:

 A

(4)

 B

A D a B D a

(5)

Trong đó:

65

a – Độ dài thanh 3 tính từ trục thanh 1 đến đầu chuyển vị kế.

Từ trên ta xác định được:

(6) AB = A - B

5. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Thước kẹp có độ chính xác 0.02mm: 1 cái

Thước thép có độ chính xác 0.1mm: 1 cái

Chuyển vị kế điện tử có độ chính xác 0.001mm

2 cái

66

Bộ phận treo cân và các quả cân gia tải.

7. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Đo đường kính mẫu thí nghiệm, tính mô men quán tính độc cực.

Đặt chuyển vị kế.

67

Đo khoảng cách giữa 2 mặt cắt A và B: LAB Gắn thanh treo và hệ thống gia tải.

7.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM (tt)

Tải trọng

Số đọc trên chuyển vị kế

Lần

Chuyển vị kế A

Chuyển vị kế B

gia

P

D P

(kG)

tải

(kG)

Ai (mm)

DAi (mm) Bi (mm)

DBi (mm)

1

1

2.500

3.000

1

6.500

3.000

2

2

9.000

6.000

1

6.000

3.000

3

3

15.000

9.000

1

6.500

3.500

4

4

21.500

12.500

68

Lập bảng ghi giá trị thí nghiệm:

7.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM (tt)

69

Xem trọng lượng của móc treo và thanh ngang 2 là tải trọng ban đầu P1 ta đọc được cá trị số A1, B1 trên chuyển vị kế A, B (có thể điều chỉnh trị số trên chuyển vị kế về 0).

7.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM (tt)

Đặt quả cân 1KG vào móc treo

70

(tức P2 = P1 + 1KG) đọc các trị số A2, B2 tương ứng. Giả sử có n cấp tải trọng cứ thực hiện tương tự cho đến khi kết thúc.

7. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ

NGHIỆM Dựa vào các trị số đo được trên bảng số liệu đã thí nghiệm và các trị số tính toán d0, LAB, a, b, GLT tính được

Mô men xoắn Mz:

71

(7) Mz = DP.z

n

A

D

i

Trung bình cộng hiệu các số đọc trên C.vị kế:

i

1 

A

D

tb

n

n

D

B i

(8)

1i 

D

B tb

n Trong đó: n – Số cấp tải trọng.

72

(9)

7. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ

D

NGHIỆM (tt) Góc xoắn tương đối trung bình giữa các mặt cắt ngang A, B so với ngàm.

D

Atb

(10)

D

Btb

A tb a D Btb a

73

(11)

Góc xoắn tương đối giữa 2 mặt cắt ngang A và B:

(12) Dtb = DAtb - DBtb

74

Tính mô đun đàn hồi trượt G theo công thức (3).