Определение способности сопротивления материала деталей СТС и корпуса судна динамическим нагрузкам

 

1. Цель работы

1.1. Изучить особенности поведения материалов при динамических нагрузках..

1.2. Ознакомиться с методикой определения ударной вязкости материалов.

 

2. Основные теоретические положения и методические указания

В современных СТС многие детали и конструкции работают в условиях динамических (ударных) нагрузок. Они характеризуются большой скоростью приложения, превышающей скорость пластической деформации материала — вспышка топлива в рабочем цилиндре, удар волны в борт судна и др. Вследствие этого материал становится хрупким и разрушается при меньшем уровне нагрузки, часто без заметных остаточных деформаций (аналогично стеклу). Это особенно опасно для материала корпуса судна — в этом случае при столкновении с другим судном в нем образуются трещины и произойдет потеря водонепроницаемости.

Механические свойства материалов, которые проявляются при действии на них ударных нагрузок, оцениваются главным образом по результатам испытаний образцов на маятниковых копрах (рис. 3.1). Наибольшее распространение получил метод двухопорного ударного изгиба образца с односторонним надрезом или без него. Характеристикой материала при таком испытании является ударная вязкость:

,

где K – работа удара, израсходованная на слом образца, Дж;

– площадь поперечного сечения образца в месте разрушения до испытаний (м²);

а – высота сечения; b – ширина сечения.

Образцы для испытаний стандартизированы и отличаются лишь формой надреза или его отсутствием (рис. 3.2). Это приводит к тому, что для того и одного и того же материала могут быть получены три разных значения ударной вязкости: KС – без надреза, KCU – со скругленным надрезом и KCV – с острым надрезом (аналог трещины).

Образец 2 (см. рис. 3.1) кладут на опоры по шаблону, обеспечивающему его симметричное расположение. Надрез должен быть направлен в сторону, противоположную направлению удара. Поднимая маятник 1 на ту или другую высоту, ему создают определенный запас энергии.

В конце свободного падения маятник, встречаясь с образцом, тратит на его разрушение часть запаса энергии и поднимается на меньшую высоту. Работу, израсходованную на разрушения образца, определяют как разность потенциальных энергий маятника до и после удара:

где m – масса маятника, кг;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

Н _о и h_к – высота подъема центра весы маятника относительно точки встречи с образцом соответственно до и после удара, м.

С целью упрощения испытаний измерительное устройство копра часто градуируют непосредственно в единицах израсходованной работы (Дж), что позволяет не вычислять величину K по приведенной формуле, а отсчитывать ее непосредственно, по шкале измерительного устройства.

 

 

3. Оборудование, инструмент и материалы, используемые

при выполнении работы

· Маятниковый копер МК-30 (максимальная энергия – 300 Дж) ………..1 шт.

· Штангенциркуль ШЦ-1 (пределы измерений – 0…125 мм,

точность – 0, 1 мм) …………………………………………………………2 шт.

· Шаблон для центрирования образцов …………………………………... 1 шт.

· Комплект образцов различной формы ………………………………… 3 шт.

 

 

4. Порядок выполнения работы

· Во время самоподготовки к выполнению работы заполнить пп.1 и 2 протокола лабораторной работы;

· На занятии, перед выполнением работы ответить на вопросы билета контроля;

· Получить у преподавателя задание, у лаборанта – образцы исследуемого материала и инструмент;

· Уточнить характеристики используемого в эксперименте оборудования, приборов и инструментов, заполнить данные по п. 3.2 протокола лабораторной работы;

· Определить размеры сечения образцов;

· Определить геометрические параметры концентраторов напряжения;

· Провести испытания, записать данные измерений работы разрушения и расчетов в таблицу 3.3;

· Сделать выводы о зависимости ударной вязкости от формы концентратора напряжений;

· Закончить оформление отчета и представить его преподавателю для защиты и окончательной оценки.

·