Программа

краткосрочного повышения квалификации преподавателей и научных работников

высшей школы по направлению

«Конструкционные наноматериалы»

на базе учебного курса

«Методы механических испытаний материалов»

Цель: изучение методов статических испытаний материалов на базе универсальной

испытательной машины Instron 5882

Категория слушателей: преподаватели и научные работники высшей школы Срок обучения: _24 часа_ Форма обучения: _с частичным отрывом от работы Режим занятий: _8 часов в день_ Целью данного курса является изучение методов статических испытаний материалов. На базе универсальной электромеханической испытательной машины Instron 5882 демонстрируются возможности кратковременных статических испытаний на растяжение, сжатие, изгиб с целью определения характеристик упругих свойств, сопротивления материала упругой или пластической деформации, прочности и пластичности материала и элементов конструкций.

Требования к уровню освоения учебного курса Преподаватели должны:

Знать:

1) основные факторы, влияющие на механические свойства материалов;

2) основные характеристики механических свойств материалов;

3) методы и области применения механических испытаний.

Иметь навыки:

1) определения характеристик механических свойств материалов по стандартным методикам;

2) в составлении программ комплексных исследований свойств материалов и изделий;

3) использования результатов определения характеристик механических свойств для оценки качества материалов и изделий, для моделирования и оптимизации технологических процессов с целью изучения заданных эксплуатационных свойств материалов;

4) сбора, систематизации и анализа научно-технической и другой профессиональной информации в области механических испытаний материалов и конструкций;

5) включать приобретенные знания о механических испытаниях в уже имеющуюся систему знаний и применять эти знания в самостоятельных методических разработках.

Иметь представление:

1) о природе упругости, пластичности и разрушения материалов;

2) о принципах получения материалов с особыми механическими свойствами;

3) о теоретических моделях упругости, пластичности и разрушения материалов.

Научные работники должны:

Знать:

o основные факторы, влияющие на механические свойства материалов;

o основные характеристики механических свойств материалов;

o методы и области применения механических испытаний.

Иметь навыки:

o определения характеристик механических свойств материалов по стандартным методикам;

o планирования и проведения исследований характеристик механических свойств материалов;

o использования результатов определения характеристик механических свойств для оценки качества материалов и изделий, для моделирования и оптимизации технологических процессов с целью изучения заданных эксплуатационных свойств материалов;

o сбора, систематизации и анализа научно-технической и другой профессиональной информации в области механических испытаний материалов и конструкций;

o переносить полученные знания о механических свойствах материалов на смежные предметные области и к использованию этих знаний для создания новых объектов техники и технологии и для инновационной деятельности;

Иметь представление:

o о природе упругости, пластичности и разрушения материалов;

o о принципах получения материалов с особыми механическими свойствами.

Учебный курс «Методы механических испытаний материалов» состоит из дистанционной и очной частей.

Дистанционная часть учебного образовательного курса обеспечивает слушателя необходимым объмом знаний по выбранной тематике, включая подготовку слушателя к проведению лабораторного практикума. Задача дистанционной составляющей учебного курса – подготовить слушателя к очному посещению лаборатории механических испытаний и аналитического контроля в Центре коллективного пользования Белгородского государственного университета.

В дистанционной (теоретической) части учебного курса последовательно изложены необходимые сведения для проведения статических испытаний на универсальных испытательных машинах, которые широко применяются для определения характеристик упругих свойств материалов и элементов конструкций. Рассмотрены классификация механических испытаний, статистические методы обработки результатов механических испытаний, устройство и принцип работы универсальной испытательной машины Instron 5882 и методы статических испытаний на растяжение, сжатие, и изгиб. Теоретическая часть учебного курса состоит из четырех лекций:

Лекция 1: Классификация механических испытаний материалов.

Статистические методы обработки результатов механических испытаний Классификация механических испытаний по способу нагружения образца в процессе испытания. Классификация по характеру изменения нагрузки во времени. Статические, динамические и усталостные испытания. Испытания на твердость. Испытания на ползучесть и длительную прочность.

Генеральная совокупность и статистическая выборка значений свойства. Нормальное распределение. Среднее арифметическое значение свойства. Систематические и случайные ошибки. Среднее квадратичное отклонение измерения (стандартное отклонение).

Коэффициент вариации. Доверительный интервал и доверительная вероятность.

Лекция 2: Устройство и принцип работы универсальной испытательной машины Instron Устройство и принцип работы универсальной испытательной машины Instron 5882, ее технические характеристики. Электротензометрический силоизмеритель, экстензометр.

Программное обеспечение BlueHill.

Лекция 3: Статические испытания на растяжение ГОСТы на методы испытаний на растяжение при комнатной, повышенной и пониженной температурах. Требования к образцам для испытаний на растяжение. Диаграмма растяжения. Определение прочностных характеристик при растяжении: предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести, предел прочности. Оценка величины модуля нормальной упругости. Характеристики пластичности при растяжении.

Лекция 4: Статические испытания на сжатие и изгиб ГОСТы на методы испытаний на сжатие. Требования к образцам для испытаний на сжатие. Силы трения на опорных поверхностях образца. Диаграмма сжатия. Особенности определения прочностных и пластических характеристик при сжатии.

ГОСТы на методы испытаний на изгиб. Требования к образцам для испытаний на изгиб. Схемы нагружения при изгибе. Диаграмма изгиба. Особенности определения прочностных и пластических характеристик при изгибе.

Очная (экспериментальная) часть учебного курса заключается в приобретении навыков практической работы на универсальной испытательной машине Instron 5882 и использовании программного обеспечения BlueHill для проведения статических испытаний и обработки экспериментальных результатов.

Основные задания на лабораторный практикум:

- разработать и заполнить в управляющем компьютере метод испытаний металлического образца на растяжение, сжатие, изгиб;

- определить характеристики прочности и пластичности металлов при кратковременных статических испытаниях на растяжение, сжатие, изгиб;

- по результатам проведенного эксперимента:

1. построить диаграмму растяжения и определить прочностные и пластические характеристик при растяжении (предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести, предел прочности, относительное удлинение, модуль нормальной упругости);

2. построить диаграмму сжатия и определить прочностные и пластические характеристики при сжатии;

3. построить диаграмму изгиба и определить прочностные и пластические характеристики при изгибе;

4. сформировать отчет, включающий данные определения прочностных и пластических характеристик заданного материала, полученные статическими методами испытаний на растяжение, сжатие и изгиб.

Методические рекомендации по реализации учебной программы На дистанционную и очную части учебного курса отводится по 12 часов соответственно.

Полное содержание лекций в электронной дистанционной части учебного курса находится на сайте www.nanoobr.ru. Для контроля степени освоения теоретической части учебного курса (лекций) используются тестовые вопросы для самопроверки и контрольные вопросы.

«Методы механических испытаний материалов»

Лекция 1: Классификация механических испытаний материалов. Статистические методы обработки результатов механических испытаний 1. Испытания делят на статические, динамические и усталостные?

А) По способу нагружения образца в Б) По характеру изменения нагрузки во В) По виду напряженного состояния Г) По времени воздействия 2. По виду напряженного состояния механические испытания делят на?

А) Статические, динамические и Б) Кратковременные и длительные усталостные В) Испытания на растяжение, сжатие, Г) испытания переменной нагрузкой и 3. Систематические ошибки возникают?

А) из-за ограниченной точности Б) низкого уровня подготовки изготовления прибора, неправильного экспериментатора выбора метода измерений, неправильной установки прибора В) из-за природы изучаемого физического Г) из-за несовершенства органов чувств 4. От чего зависит преобладание того или иного механизма?

Лекция 2: Устройство и принцип работы универсальной испытательной машины 1. На какое максимальное усилие рассчитана универсальная испытательная машина Instron 5882?

2. С какой точностью производится измерение прочностных и пластических характеристик с помощью испытательной машины Instron 5882?

В) ± 0,4 % от предела измерения Г) ± 0,4% от измеренного значения 3. Чему равен диапазон скоростей универсальной испытательной машины Instron 5882?

4. С какой частотой идет сбор и обработка данных эксперимента:

5. Что такое экстензометр?

6. Что такое консоль?

А) Верхняя область отображения Б) Сенсорная панель машины Instron 5882, программы Bluehill, позволяющая позволяющая настраивать и контролировать настраивать и контролировать испытания испытания электротензометрического силоизмерителя позволяющая настраивать и контролировать 7. Что такое траверса?

А) Сила, передаваемая испытуемому Б) Датчик нагрузки образцу через захваты.

В) Датчик деформации Г) Жесткая перекладина, установленная на Лекция 3: Статические испытания на растяжение 1. Номер ГОСТа на метод испытаний на растяжение при комнатной температуре?

2. Номер ГОСТа на метод испытаний на растяжение при повышенных температурах?

3. Какие характеристики механических свойств определяют посредством испытаний на растяжение?

А) Пределы пропорциональности, Б) Пределы пропорциональности, упругости, текучести; предел прочности, упругости, текучести; предел прочности;

выносливости; истинное сопротивление истинное сопротивление разрыву;

разрыву; относительное удлинение и относительное удлинение и сужение после В) Пределы пропорциональности, Г) Пределы пропорциональности, упругости, текучести; предел прочности; упругости, текучести; предел прочности;

ударную вязкость; относительное выносливость; относительное удлинение и удлинение и сужение после разрыва сужение после разрыва 4. Что такое предел текучести (физический)?

А) Наименьшее напряжение, при котором Б) Напряжение, при котором остаточное образец деформируется без заметного удлинение достигает 0,2% начальной длины увеличения растягивающей нагрузки. образца.

В) Напряжение, соответствующее Г) Напряжение, выше которого нарушается наибольшей нагрузке, предшествующей пропорциональность между прилагаемым 5. Что такое условный предел текучести А) Наименьшее напряжение, при котором Б) Напряжение, при котором остаточное образец деформируется без заметного удлинение достигает 0,2% начальной длины увеличения растягивающей нагрузки. образца.

В) Напряжение, соответствующее Г) Напряжение, выше которого нарушается наибольшей нагрузке, предшествующей пропорциональность между прилагаемым Лекция 4: Статические испытания на сжатие и изгиб 1. Номер ГОСТа на метод испытаний на сжатие?

2. Номер ГОСТа на метод испытаний на изгиб?

3. Какие характеристики механических свойств определяют посредством испытаний на сжатие?

А) Пределы пропорциональности, Б) Пределы пропорциональности, упругости, текучести; предел прочности, упругости, текучести; предел прочности;

выносливости; истинное сопротивление истинное сопротивление разрыву;

разрыву; относительное сжатие относительное сжатие В) Пределы пропорциональности, Г) Пределы пропорциональности, упругости, текучести; предел прочности; упругости, текучести; предел прочности;

ударную вязкость; относительное сжатие выносливость; относительное сжатие 4. Какую характеристику механических свойств невозможно измерить для пластичных металлов посредством испытаний на сжатие?

5. Какую характеристику механических свойств невозможно измерить посредством испытаний на изгиб?

Приведите классификацию механических испытаний по характеру изменения нагрузки во времени.

Приведите классификацию механических испытаний по способу нагружения образца в процессе испытания.

Показатели измерения: точность, абсолютная и относительная погрешность.

Виды ошибок: промахи, систематические и случайные погрешности.

Методы подсчета погрешностей прямых измерений: метод среднего арифметического.

Методы подсчета погрешностей прямых измерений: метод среднего квадратичного (стандартное отклонение).

Коэффициент вариации. Доверительная вероятность и доверительный интервал.

Устройство и основные технические характеристики универсальной испытательной машины Instron 5882.

Принцип работы универсальной испытательной машины Instron 5882.

10) Что такое электротензометрический силоизмеритель? Экстензометр?

Кратко опишите основные этапы проведения статических испытаний с использованием 11) программного обеспечения BlueHill.

12) Требования к образцам для испытаний на растяжение согласно ГОСТам 1497-84 и 9651Схематично изобразить диаграмму растяжения и отметить на ней положение предела текучести и предела прочности.

14) Что такое предел упругости?

15) Как найти модуль нормальной упругости из данных испытаний на растяжение.

16) Требования к образцам для испытаний на сжатие согласно ГОСТ 25.503-97.

17) Схематично изобразить диаграмму сжатия и описать особенности определения прочностных и пластических характеристик при сжатии.

18) Какие схемы нагружения при изгибе Вы знаете?

19) Требования к образцам для испытаний на изгиб согласно ГОСТ 14019-80.

20) Схематично изобразить диаграмму изгиба и описать особенности определения прочностных и пластических характеристик при изгибе.

В конце очной части учебного курса слушатели готовят отчеты по темам контрольных рефератов, которые используются для контроля степени усвоения всего учебного курса на базе экспериментальных результатов и их обработки с применением знаний из дистанционной части курса.

1. Классификация механических испытаний. Условия подобия при механических испытаниях.

2. Природа упругости твердых тел. Закон Гука, модули упругости, факторы, влияющие на характеристики упругости материалов. Упругие свойства металлов, керамики и полимеров.

3. Статические испытания на растяжение: определение показателей прочности и пластичности. Оценка влияния концентраторов напряжений на результаты статических испытаний.

4. Статические испытания на сжатие: определение показателей прочности и пластичности. Оценка влияния концентраторов напряжений на результаты статических испытаний.

5. Статические испытания на изгиб: определение показателей прочности и пластичности. Оценка влияния концентраторов напряжений на результаты статических испытаний.

6. Сравнение метода испытаний на растяжение с другими методами статических испытаний. Преимущества и применение испытаний на растяжение.

7. Сравнение метода испытаний на сжатие с другими методами статических испытаний. Преимущества и применение испытаний на сжатие.

8. Сравнение метода испытаний на изгиб с другими методами статических испытаний. Преимущества и применение испытаний на изгиб.

9. Оборудование для механических испытаний материалов и конструкций.

10. Статистические методы обработки результатов механических испытаний.

11. Обзор наиболее применяемых методов механических испытаний. Основные требования к данным видам испытаний и преимущества перед другими методами.

механических испытаний Статистические методы обработки результатов механических испытаний Лекция 2: Устройство и испытательной машины Лекция 3: Статические Лекция 4: Статические испытания на сжатие и 1. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. Изд. В 3-х т. /Под ред.

Бернштейна М.Л., Рахштадта А.Г. Т.1. Методы испытаний и исследования. – М.:

Металлургия, 1983. – 352 с.

2. М.Л. Бернштейн, В.А Займовский. Механические свойства металлов. – М.:

Металлургия, 1986. – 312 с.

3. В.С. Золотаревский. Механические свойства металлов: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп.– М.: Изд-во МИСиС, 1998. – 393 с.

4. Л.Т. Тимощук. Механические испытания материалов. – М.: Металлургия 1971. – 234 с.

5. М.Н. Степнов, А. В. Шаврин. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник. – М.: Машиностроение, 2005. – 400 с.

6. Я. Б. Фридман Механические свойства металлов. В двух книгах. Книга 2.

Механические испытания. Конструкционная прочность. – М.: Машиностроение, 1974. – 7. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение.

8. ГОСТ 9651-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение при повышенных температурах 9. ГОСТ 25.503-97. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытания на сжатие.

10. ГОСТ 14019-80. Металлы. Метод испытания на изгиб.

1. И.М. Неклюдов, Н.В. Камышанченко. Основы физики прочности и пластичности металлов: Учебное пособие. – Белгород: Изд-во БелГУ, 2003. – 488 с.

2. Механические свойства металлов и сплавов: Справ. изд. /Тихонов Л.В., Кононеко В.А., Прокопенко Г.И., Рафаловский В.А. – Киев: Наукова думка, 1986. – 568 с.

3. Я. Б. Фридман Механические свойства металлов. В двух книгах. Книга 1.

Деформация и разрушение. – М.: Машиностроение, 1974. – 332 с.

4. Физическое металловедение: В 3-х т., 3-е изд. /Под ред. Кана Р.У., Хаазена П.Т.

Т.3: Физико-механические свойства металлов и сплавов: Пер. с англ. – М.: Металлургия, 1987. – 663 с.

5. Ю.А. Геллер, А.Г. Рахштадт. Материаловедение. – М.: Металлургия, 1989. – 313с.

6. Р. Хоникомб. Пластическая деформация металлов. М.: Мир, 1972. – 408 с.

7. ГОСТ 14766-69. Машины и приборы для определения механических свойств материалов. Термины и определения.

8. ГОСТ 25.502-79. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость.

9. ГОСТ 25.506-85. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении 10. ASTM E647. Standard Test Method forMeasurement of Fatigue Crack Growth Rates.

11. ГОСТ 90268-78. Металлы. Метод определения скорости роста усталостной трещины.

12. ГОСТ 9012-59. Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю.

13. ГОСТ 9013-59. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу.

14. ГОСТ 9450-76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников.

Полное содержание лекций в электронной дистанционной части учебного Программа разработана: Беленко И.А., кандидатом физико-математических наук, заведующим лабораторией механических испытаний и аналитического контроля Центра коллективного пользования научным оборудованием «Диагностика структуры и свойств наноматериалов»

Белгородского государственного университета.