مهندسی عمران ایران

مطالب عمومی مهندسی عمران معماری شهرسازی

مهندسی عمران ایران

مطالب عمومی مهندسی عمران معماری شهرسازی

آزمایشگاه مقاومت مصالح

آزمایشگاه مقاومت مصالح:

کلیه قطعاتی که در ماشین ها و دستگاه های صنعتی به کاربرده می شود دارای مقاومت و سختی های مربوط به خود هستند که مهندسین بعد از طرح و نیروی یک ماشین یا یک دستگاه صنعتی و کلیه محاسبات مربوط به نیروهای وارده بر هر قطعه از این دستگاه ها می بایست که قطعات فوق و یا قطعه ای با همان جنس از نظر سختی و مقاوت شان مورد آزمایش قرار می دهند تا متوجه شوند آیا قطعات مزبور تحمل نیروها و یا تنش های وارد برخود را دارند یا نه.

این سختی های قطعات توسط ماشین ها و دستگاه های مختلف آزمایش می شوند.

مقاومت مصالح: وقتی جسمی تحت تأثیر نیروی خارجی قرار گیرد بر حسب مقدار و نحوه تأثیر نیرو از خود مقاومت های مختلفی نشان می دهد علمی که نحوه اثر نیرو بر اجسام و عکس العملی که آنها از خود نشان می دهند و بررسی می کنند مقاومت مصالح گویند.

استحکام یا مقاومت:

حداکثر ایستایی قوای داخلی جسمی در مقابل نیروهای خارجی

تنش:

برای سنجش استحکام جنس معمولاً نیرویی که در واحد سطح اثر می کند به حساب آورد و آن را تنش گویم.

تنش نیرو بر حسب نیوتن و نیرو بر حسب N و A سطح مقطع بر حسب میلی متر مربع

مثال: به جسمی نیروی کششی 1800 نیوتن وارد می شود تعیین کنید جسم تأثیر چه تنشی قرار می گیرد؟

6=2*3

مثال: در صورتی که تنش مجاز قطعه ای دایره شکل برابر 300 مگا پاسکال باشد و تحت اثر نیروی محوری 10 کیلو نیوتن قرار گیرد حداقل قطر مقطع چقدر باید باشد؟

عنوان آزمایش: رفتار مواد در مقابل نیروهای کششی

هدف آزمایش:

بررسی رفتار الاستیکی و بیشتر پلاستیکی مواد به کمک نمودار تنش و تغییر بُعد نسبی انجام می گیرد برای به دست آوردن چنین نمودارهایی بیشتر از آزمایش کششی استفاده می شود به کمک این آزمایش نه تنها می توان رفتار الاستیکی و مواد را پیشگویی کرد بلکه می توان تعداد زیادی از خواص مکانیکی مواد از قبیل انعطاف پذیری، مقاومت کششی حد الاستیکی و مدول الاستیکی، حد تسلیم و استحکام شکست که برای کاربرد صنعتی مواد حائز اهمیت است را تأیید کرد به وسیله این آزمایش و رسم دیاگرام تنش و تغییر طول نسبی می توان اطلاعات لازم را دربارة چگونگی تأثیر نیرو به ذرات جسم و عکس العملی که جسم با افزایش نیرو از خود نشان می دهد به دست آورد.

عمده ترین عوامل مؤثر بر نمودار در این آزمایش:

تأثیر درجه حرارت و سرعت کشش

وسایل مورد نیاز:

1- دستگاه کشش 2- قطعه فولادی

مشخصات قطعه:

نحوة آزمایش:

قطعه فولادی را بین دو گیره دستگاه می بندیم و تحت تأثیر نیرو قرار می دهیم و ازدیاد طول را نوشته و عمل فوق را با نیروهای بیشتر تا آنجا ادامه می دهیم که جسم از هم گسیخته شود حال اگر مشخصات به دست آمده در آزمایش را در روی محور مختصاتی که محور عمودی آن تنش بوده و محور افقی آن کرنش را نشان می دهد منتقل کنیم و به هم وصل کنیم دیاگرام زیر به دست می آید.

5/8

4/8

5/7

5/6

5/5

5/4

5/2

5/1

61/3

84/2

3/2

96/1

34/1

03/1

89/0

72/0

64/0

58/0

49/0

4/0

34/0

39/0

23/0

15/0

92/176	23/159	54/141	15/106	46/88	77/70	07/53	38/35
019/0	018/0	016/0	013/0	011/0	009/0	007/0	005/0

73/300	23/297	08/283	08/283	39/256	69/247	230	31/212	62/194
12/0	094/0	076/0	065/0	044/0	034/0	029/0	024/0	021/0

********

نمودار افقی صفحه 5

********

آزمایشگاه مقاومت مصالح

E : حد الاستیک

حدی است که زیر آن اگر نیرو را حذف کنیم جسم به حالت اولیه بر می گردد. در این منطقه تغییرات تنش با تغییرات افزایش طول نسبی متناسب است. تنش در این حد را تنش الاستیک گفته و با نمایش می دهند.

S : حد روانی

حدی است که با حذف نیرو جسم کاملاً به حالت اولیه خود برنمی گردد و یک تغییر طول دائمی جزئی در آن پدید می آید کمی بالاتر از این حد جسم به حالت روانی خود رسیده یعنی لایه های کریستالی از محل خود شروع به حرکت کرده و با ثابت ماندن تنش اضافه طولی در جسم می شود که از آن به بعد برای ادامه آزمایش نیاز به افزایش تنش داریم یعنی در پایان این حد ذرات داخلی جسم حداکثر تلاش خود را برای جلوگیری از تغییر طول بیشتر شروع خواهند کرد. تنش در این حد را تنش روانی گفته و با علامت نمایش می کند.

B : حد شکست

حدی است که در آن جنس از محل ضعیف ترین سطح مقطع به طور ناگهانی شروع به لاغرشدن می کند و سپس به دلیل تقلیل سطح ادامه آزمایش با نیروی کمتری امکان پذیر است. این حد را تنش ماکزیمم گفته و با علامت مشخص می کنند.

تنش کششی کلیه فولادها از طرف کارخانه سازنده مشخص می شود مثلاً st37 مشخص کننده فولادی است که استحکام آن 370 نیوتن بر میلی متر مربع می باشد.

Z : حد انقطاع:

حدی است که در آن مقطع جسم از هم باز شده و جسم پاره می شود.

قانون هوک:

در زیر حد الاستیسیته ازدیاد طول نسبی متناسب با تنش می باشد در دیاگرام تغییر طول نسبی و تنش چون منحنی تغییرات قبل از حد الاستیسیته به صورت یک خط مستقیم می باشد لذا می توان ضریب زاویه آن را به صورت زیر نوشت.

واحد

برای هر فلز ضریب زاویه منحنی فوق مقدار ثابتی است که آن را با حرف E نشان داده و با نام مدول الاستیسیته مشخص می کنند که مقدار آن از طرف کارخانه سازنده برای هر فلز مشخص شده است.

TanQ=Eà

انواع شکست ها در کشش تک محوری:

الف) شکست ترد ب) شکست نرم ج) شکست مختلط

محاسبه مقدار مقاومت در برابر ضربه:

هدف از آزمایش: یکی از پارامترهای مواد که می بایست در صنعت مورد محاسبه قرار گیرد تا فنس «چقرنگی» به عبارت دیگر میزان انرژی جذب شده توسط ماده قبل از لحظه شکست که معیاری از مقاومت به ضربه مواد می باشد.

یک ماده با وجود انعطاف پذیری و استحکام بالایی که دارد تحت تأثیر عواملی می تواند تُرد و شکننده شود بدین صورت که تحت آن شرایط تمایل به یک شکست ناگهانی با مقدار بسیار کمی تغییر شکل پلاستیکی پیدا می کند طبیعتاً این پدیده می تواند خطراتی را به دنبال داشته باشد.

عمده ترین عوامل موثر:

1- درجه حرارت پایین

2- سرعت های بالا وارد آمدن تنش

3- حالت تنش سه محوری

عیوب ها:

1- علل ظاهر گشتن خاصیت تردی می تواند تجمل رسوبات یا فازهای سخت مخصوصاً در مرز دانه ها

2- نفوذ گازها «تُرد شدن بر اثر گاز هیدروژن»

3- ایجاد عیوب نقطه

به کمک آزمایش ضربه محدودهای درجه حرارتی را که در آن مواد رفتاری تُرد یا نرم از خود نشان می دهند مشخص گردد در این آزمایش ضربه مقدار کار یا مقادیر انرژی لازم برای شکست یک نمونه که تحت شرایط نامناسب تنش قرار گرفته باشد با ایجاد یک شیار در آن اندازه گیری می شود چنان این مقدار انرژی کم باشد می توان چنین نتیجه گیری کرد.

ماده تُرد بوده و دارای حساسیت بالایی در مقابل نیروهای ضربه ای می باشد و اگر این انرژی بالا باشد ماده نرم و انعطاف پذیر است و یا به عبارت دیگر دارای سختی و چقرنگی بالایی است.

از مهمرتین و متداول ترین آزمایش ضربه دو روش شارپی و ایزود

نحوه آزمایش و کار دستگاه شارپی یک پاندول که در حال نوسان می باسد لحظه که در یک ارتفاع مشخص می باشد دارای یک انرژی ثابت نیز می باشد و زمانی که رها می شود حول محور خود نوسان می کند اگر عاملی جلوی حرکت آن را نگیرد به همان ارتفاع قبلی در طرف دیگر بالا می رود ولی اگر عاملی جلوی آن را بگیرد به علت از دست دادن مقداری انرژی دیگر آن ارتفاع قبلی را به دست نمی آورد زیرا مقداری از آن انرژی صرف متلاشی کردن عامل بازدارنده قطعه کار می شود.

مشخصات دستگاه شارپی:

یکی W یعنی وزن پاندول Kg 15/19

یکی L یعنی طول پاندول m 82/0

یکی داریم زاویه پاندول با محور قائم ْ156

A = مقدار انرژی که صرف متلاشی کردن جسم می گردد.

(N.m) واحدش A=m.g(h1-h2)

لازم به توضیح است که مقدار A مستقیماً از روی صفحه دستگاه نیز مشخص می گردد.

برای محاسبه مقدار مقاومت در برابر ضربه قطعه کار مورد نظر از رابطه زیر استفاده می کنیم.

به علت ازدست دادن مقداری انرژی دیگر آن ارتفاع قبلی را به دست نمی آورد زیرا مقداری از آن انرژی صرف متلاشی کردن عامل بازدارنده (قطعه کار) می شود. ابتدا با یک بار رها کردن پاندول خطای دستگاه را اندازه می گیریم که حدود N.m1 است سپس با گذاشتن یکی یکی قطعات مورد نظر در روی دستگاه و پایین نگه داشتن ترمز دستگاه انرژی شکست را اندازه می گیریم و از خطای دستگاه کم کرده و یادداشت می کنیم حال با استفاده از فرمولمقاومت در برابر ضربه را محاسبه می کنیم. Cm2 6/0=S سطح مقطع شکست