Závěrečná práce studentského projektu



Podobné dokumenty
Fyzikální experimenty podporované počítačem

2.4.6 Hookův zákon. Předpoklady: Podíváme se ještě jednou na začátek deformační křivky. 0,0015 0,003 Pro hodnoty normálového napětí menší než σ

KONSTITUČNÍ VZTAHY. 1. Tahová zkouška

pracovní list studenta Struktura a vlastnosti pevných látek Deformační křivka pevných látek, Hookův zákon

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

Seriál VII.III Deformace, elasticita

STRUKTURA A VLASTNOSTI PEVNÝCH LÁTEK

Viskoelasticita. určeno pro praktikum fyziky Jihočeské univerzity, verze

1. Teorie. jednom konci pevně upevněn a na druhém konci veden přes kladku se zrcátkem

1. Měření hodnoty Youngova modulu pružnosti ocelového drátu v tahu a kovové tyče v ohybu

STRUKTURA A VLASTNOSTI PEVNÝCH LÁTEK

LOGO. Struktura a vlastnosti pevných látek

Nauka o materiálu. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

Střední průmyslová škola strojírenská a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky, Kolín IV, Heverova 191

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 11 Název: Dynamická zkouška deformace látek v tlaku

Mechanika kontinua. Mechanika elastických těles Mechanika kapalin

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.3 Pevnost krystalických materiálů

Katedra textilních materiálů ENÍ TEXTILIÍ PŘEDNÁŠKA 7 MECHANICKÉ VLASTNOSTI

Pružnost, pevnost, tvrdost, houževnatost. Jaký je v tom rozdíl?

Experimentální realizace Buquoyovy úlohy

( r ) 2. Měření mechanické hysterezní smyčky a modulu pružnosti ve smyku

Zapojení odporových tenzometrů

7 Lineární elasticita

Měření modulů pružnosti G a E z periody kmitů pružiny

Téma: Měření Youngova modulu pružnosti. Křivka deformace.

Požadavky na technické materiály

6. Měření Youngova modulu pružnosti v tahu a ve smyku

Odpor vzduchu. Jakub Benda a Milan Rojko, Gymnázium Jana Nerudy, Praha

Nelineární problémy a MKP

VY_32_INOVACE_AUT-2.N-15-TENZOMETRICKE SNIMAČE. Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno

Téma 2 Napětí a přetvoření

Příklad oboustranně vetknutý nosník

Porušení hornin. J. Pruška MH 7. přednáška 1

Test A 100 [%] 1. Čím je charakteristická plastická deformace? - Je to deformace nevratná.

Hodnocení vlastností folií z polyethylenu (PE)

Střední průmyslová škola strojírenská a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky, Kolín IV, Heverova 191

MAGNETICKÉ POLE PERMANENTNÍHO MAGNETU

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

PRUŽNOST A PLASTICITA I

A mez úměrnosti B mez pružnosti C mez kluzu (plasticity) P vznik krčku na zkušebním vzorku, smluvní mez pevnosti σ p D přetržení zkušebního vzorku

Modelování a aproximace v biomechanice

12. Struktura a vlastnosti pevných látek

Vlna z kyvadel. Teorie. Soustředění mladých fyziků a matematiků, MFF UK Kořenov autoři: Pavel Dušek a Michael Němý konzultant: Věra Koudelková

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecně fyziky MFF UK. úlohač.11 Název: Dynamická zkouška deformace látek v tlaku

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.9 Plasticita a creep

Nauka o materiálu. Přednáška č.3 Pevnost krystalických materiálů

Projevy dotvarování na konstrukcích (na úrovni průřezových modelů)

6. Viskoelasticita materiálů

Název: Studium kmitů na pružině

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Kontrola a měření strojních součástí a jejich polotovarů Pevnostní zkouška statická na tah

Výpočet přetvoření a dimenzování pilotové skupiny

Urči tlak, kterým působí na sníh: a) horolezec o hmotnosti 75 kg, který i s výstrojí o váží 90 kg, pokud si obul boty

KMITÁNÍ PRUŽINY. Pomůcky: Postup: Jaroslav Reichl, LabQuest, sonda siloměr, těleso kmitající na pružině

Téma 1 Úvod do předmětu Pružnost a plasticita, napětí a přetvoření

Závislost odporu kovového vodiče na teplotě

Pružnost a pevnost. 6. přednáška 7. a 14. listopadu 2017

1. Úvod do pružnosti a pevnosti

Kontraktantní/dilatantní

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jan Polášek stud. skup. 11 dne

NÁVRH A REALIZACE ÚLOH DO FYZIKÁLNÍHO PRAKTIKA Z

4 Viskoelasticita polymerů II - creep

Přetváření a porušování materiálů

Voigtův model kompozitu

Fyzikální praktikum 1

NESTABILITY VYBRANÝCH SYSTÉMŮ. Úvod. Vzpěr prutu. Petr Frantík 1

3.5 Ověření frekvenční závislosti kapacitance a induktance

III/2-1 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

2 MECHANICKÉ VLASTNOSTI SKLA

Vzpěr, mezní stav stability, pevnostní podmínky pro tlak, nepružný a pružný vzpěr Ing. Jaroslav Svoboda

Systém vykonávající tlumené kmity lze popsat obyčejnou lineární diferenciální rovnice 2. řadu s nulovou pravou stranou:

Ing. Jan BRANDA PRUŽNOST A PEVNOST

Poruchy krystalové struktury

DEFORMACE PEVNÉHO TĚLESA DEFORMACE PRUŽNÁ (ELASTICKÁ) DEFORMACE TVÁRNÁ (PLASTICKÁ)

ZÁKLADNÍ PŘÍPADY NAMÁHÁNÍ

Cvičení 7 (Matematická teorie pružnosti)

STRUKTURA PEVNÝCH LÁTEK STRUKTURA PEVNÝCH LÁTEK

1. Stanovení modulu pružnosti v tahu přímou metodou

Pružnost a pevnost. 2. přednáška, 10. října 2016

Název: Měření síly a její vývoj při běžných činnostech

Praktikum I úloha IX. Měření modulu pružnosti v tahu

Vybrané okruhy znalostí z předmětů stavební mechanika, pružnost a pevnost důležité i pro studium předmětů KP3C a KP5A - navrhování nosných konstrukcí

Experimentální výzkum vlivu zesílení konstrukce valené klenby lepenou uhlíkovou výztuží

Obecný Hookeův zákon a rovinná napjatost

SCLPX 07 2R Ověření vztahu pro periodu kyvadla

Přetvořené ose nosníku říkáme ohybová čára. Je to rovinná křivka.

NAUKA O MATERIÁLU I. Zkoušky mechanické. Přednáška č. 04: Zkoušení materiálových vlastností I

DVA ZÁKLADNÍ PROBLÉMY PLASTICITY KOVŮ

Namáhání ostění kolektoru

2. Molekulová stavba pevných látek

Novinky v ocelových a dřevěných konstrukcích se zaměřením na styčníky. vrámci prezentace výstupů Evropského projektu INFASO + STYČNÍKY KULATIN

Posouzení stability svahu

DESTRUKTIVNÍ ZKOUŠKY SVARŮ I.

Úloha I.E... tři šedé vlasy dědy Aleše

Teorie tkaní. Modely vazného bodu. M. Bílek

MANUÁL PRO VÝPOČET ZBYTKOVÉHO

Mezi krystalické látky nepatří: a) asfalt b) křemík c) pryskyřice d) polvinylchlorid

Téma 1 Úvod do předmětu Pružnost a plasticita, napětí a přetvoření

3.2 Základy pevnosti materiálu. Ing. Pavel Bělov

pracovní list studenta Kmitání Studium kmitavého pohybu a určení setrvačné hmotnosti tělesa

7. Základní formulace lineární PP

Transkript:

Gymnázium Jana Nerudy Závěrečná práce studentského projektu Studium deformace vláken Evropský sociální fond Praha a EU Investujeme do vaší budoucnosti 214 Petr Krýda Petr Jaroš Petr Kolouch Matěj Seykora Tadeáš Trnka

Obsah Obsah 1 Anotace 1 1. Pružná deformace vlákna 2 2. Plastická deformace vlákna 6 3. Vliv rychlosti na průběh deformace 7 4. Závislost napětí vzorku na relativním prodloužení 8 5. Napěťová relaxace 8 6. Srovnání vlastnosti mědi a cínové pájky 9 7. Diskuse 1 8. Závěr 1 9. Poděkování 1. Zdroje Anotace: Experimentální měření deformačních křivek textilních, plastových a kovových vláken. Vyhodnocení elastických a plastických vlastností a pevnosti v tahu. 1

1. Pružná deformace vlákna Jistě všichni víme, jak se střílí z praku gumička se musí natáhnout a pak pustit. Jenomže aby šla natáhnout, tak musí být upevněna. To je jeden z mnoha závěrů, ke kterým se dá studiem deformace vláken dojít. Na obrázku 1 je kresba aparatury, kterou jsme k tomuto používali. siloměr vzorek motorek Obr. 1 Toto zařízení je připojeno ke školnímu systému ISES, kde z měření sil s určitou frekvencí počítač udělá graf. Ale siloměr je z výroby kalibrován jen pro jednu polohu působiště, kterou my potřebujeme změnit tak, že přesuneme siloměr, abychom zvětšili jeho rozsah. K tomu jsme potřebovali kalibrační křivku, která vyjadřuje závislost síla-údaj siloměru. Zatížení [g] 5 1 2 3 4 5 6 7 8 Údaj siloměru [dílek] -1,944-1,889-1,761-1,633-1,55-1,383-1,237-1,127-1,6 Zatížení [g] 9 1 2 21 22 23 24 25 26 Údaj siloměru [dílek] -,859 -,731,725,878 1,3 1,176 1,323 1,475 1,621 Abychom mohli popsat skok na pružném vzorku, tak musíme znát průběh začáteční fáze deformační křivky pružného vlákna, ale tu již proměříme v celém rozsahu. Počáteční délka vzorku byla 17 cm, průměr 1mm a rychlost natahování byla,157 m*s -1, teplota vzorku byla 25⁰C. Závislost prodloužení vzorku-tahová síla bude pochopitelně ovlivněna materiálem, délkou vzorku, plošným průřezem atd. Tyto všechny údaje musíme přepočítat tak, abychom mohli vzorky rozumně porovnávat vyjadřování pomocí poměru protažení - původní délka vzorku (=relativní protažení ε) a poměru napínaní: působící síla plošný obsah průřezu (=tahové napětí σ). Přepočítání prodloužení na relativní prodloužení je vskutku jednoduché: ε = S druhým poměrem už je to horší, jelikož jak se působící síla zvětšuje, tak se vlákno sužuje. Nicméně objem zůstává zachován, což by teda znamenalo, že platí L*S=L *S. Konečný vzorec je σ = 2

deformační napětí (PA) síla (N) V praxi se u méně elastických materiálů než pryž se tahové napětí počítá, jako kdyby se průřez neměnil. Tomu se říká smluvní napětí, ovšem tyto hodnoty jsou menší než skutečné hodnoty. Průběh deformace je zpočátku napínání lineární tomu se říká Hookův zákon: Konstantu E o hodnotě 2,5*1 6 N*m -2 nazýváme modul pružnosti v tahu zkoumané pryže. Pryžové vlákno se pružně deformuje téměř až do přetržení. 2,5 2 registrační křivka 1,5 1,5 1 2 čas 3 (s) 4 5 6 8,E+6 6,E+6 4,E+6 2,E+6,E+,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, Řady1 3

síla (N) deformační napětí (PA) síla (N) 4, 3,5 3, 2,5 2, 1,5 1,,5, -,5 registrační křivka 1 2 3 4 5 SÍLA čas (s) 8,E+6 6,E+6 4,E+6 2,E+6 SKUTEČNÉ NAPĚTÍ,E+, 1, 2, 3, 4, 5, 6, -2,E+6 Pro srovnání tu máme ještě výsledky zkoumání deformace silonového vlákna vlasce: registrační křivka 1,6 1,4 1,2 1,,8,6,4,2, 2 4 6 8 1 12 14 čas (s) 4

deformační napětí síla (1N) smluvní napětí (PA) deformační napětí (PA) deformační křivka 1E+9 5,2,4,6,8,1,12,14,16 1,5E+8 1,E+8 5,E+7,E+,,2,4,6,8,1,12,14,16 A ještě vlas:,6 registrační křivka,5,4,3,2 SÍLA,1,, 5, 1, 15, 2, čas 1,2E+2 1,E+2 8,E+1 6,E+1 4,E+1 2,E+1,E+,,5,1,15,2,25,3,35,4,45 5

síla (1N ) 2. Plastická deformace vlákna Zde se budeme zabývat deformací kovových vzorků, tj. Tenkých měděných drátků. K experimentům použijeme stejné zařízení, jež jsme používali při natahování pryžových a silových vláken a jehož obrázek a schéma je na předchozích stranách práce. Drátky zvolíme tenké, kvůli tomu aby nedocházelo k nepřesnostem měření např. z nějakého ohybu zařízení. Na následujícím grafu je registrační křivka pro měď. 14 registrační křivka pro CUS 12 1 8 6 4 2 čas (s) 1 2 3 4 5 6 Ve výše uvedeném grafu je zobrazena registrační křivka, kde je měřena síla, která působí na vzorek v závislosti na čase. Zde bychom se chtěli zabývat skutečným a smluvním napětím. Smluvní napětí je napětí, které bylo spočítáno pomocí výsledků měření a kde byl započítán průřez změřený v okamžiku, kdy na drátek nepůsobila žádná síla. Oproti tomu skutečné napětí je napětí, při kterém byl započítán průřez drátku v okamžiku, kdy na něj nepůsobila žádná síla. 6

deformační napětí (PA) deformační napětí (PA) K našemu měření ale také lze přistupovat kriticky: počáteční část křivky je velmi krátká (nejsou na ní vidět malé změny) a je silně ovlivňována podmínkami pokusu, tj. je pružná deformace silo-měrného čidla a tažného zařízení a zároveň pružné upevnění vzorku, což silně ovlivňuje přesnost měření. Dále také při měření předpokládáme, že se vzorek homogenně deformuje po celé délce, což ve skutečnosti nemusí být pravda. Na deformační křivce můžeme pozorovat, že při pokračování plastické deformace se zvyšuje napětí. Drátek se tak stává více a více odolnější vůči následující plastické deformaci. Tento jev je označován jako zpevnění, a proto je někdy deformační křivka nazývána křivkou zpevnění. Pro kvantifikaci charakteristiku tohoto zpevnění se zde hodí sklon zpevnění. Zde popisované zpevňování alespoň do určité míry udržuje homogenitu deformace v celé délce vzorku. Různě zpevněné části vyvolávají různá přenesení deformace pro dosažení homogenity. Níže uvedený graf popisuje deformační napětí. 6E+9 5E+9 4E+9 3E+9 2E+9 1E+9,2,4,6,8,1,12,14 Vliv rychlosti na průběh deformace Je také možné očekávat, že rychlost natahování drátku a teplota bude mít vliv na průběh křivky zpevnění. Zkoušky s různou rychlostí deformace jsme prováděli pomocí tažných os, u nichž byly průměry odstupňovány geometrickou řadou. Průběhy jsou prakticky shodné. 6E+9 5E+9 Chart Title 4E+9 3E+9 2E+9 1E+9,2,4,6,8,1,12,14 7

1 23 45 67 89 111 133 155 177 199 221 243 265 287 39 331 353 375 397 419 441 463 485 57 529 Závislost napětí vzorku na relativním prodloužení Vrátíme se zpět ke křivce zpevnění. Z počátečních elastických částí deformačních křivek je zřejmé, že u polykrystalických měděných drátků existuje krátká oblast pružné tzv. Hookovské deformace lineárně probíhající. Na základě měření tedy můžeme průběh křivky zpevnění popsat Hookovým zákonem. 15 1 5-5 Sloupec C Řady3 Napěťová relaxace Dalším zajímavým námětem pro experiment je pozorování při přerušování deformace, tj. vzorek byl zpočátku deformován a po dosažení určité deformace (napětí) jsme deformaci zastavili a dále sledovali jen průběh napětí s časem. 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4,2 -,2 1 2 3 4 5 6 8

25 2 15 1 5,2,4,6,8,1 Srovnání vlastnosti mědi a cínové pájky Na konec provedeme krom deformačních zkoušek i nějaké analogické zkoušky s cínovou pájkou. Tento materiál jsme zvolili zejména proto, že jeho plastická deformace je na napětí nenáročná my můžeme použít stejné pomůcky i přes to, že jeho průřez je několikrát větší. Princip měření je zde stejný jako u mědi. Průměr drátku: 1 mm Průměr osy: 12 mm Délka drátu: 1,25 m Jednotka síly B:,1 N Vzorkovací frekvence: 2 Hz 9

smaluvní napětí (PA) 2,5E+7 2,E+7 1,5E+7 Řady1 1,E+7 5,E+6,E+,E+2,E-24,E-26,E-28,E-21,E-1 Průměr drátku: 1 mm Průměr osy: 3,15 mm Délka drátku: 1,25 m Jednotka síly B:,1 N Vzorkovací frekvence: 2 Hz Perioda otáček T = 1 s Diskuse Přesnost měření může být narušena špatným uchycením zkoumaného vzorku na siloměr, dále pak skutečností, že navzdory našemu předpokladu, že se vzorek homogenně deformuje po celé délce to tak nemusí být. Závěr Zkoumané vzorky sestupně seřazené podle pevnosti: CuS1 Vlas CuS2 Cu Niť2 Vlasec Niť3 Niť1 Pryž1 Pryž2 5*1 9 2,5*1 8 2,4*1 8 2,3*1 8 1,4*1 8 1,2*1 8 6,1*1 7 4*1 7 7*1 6 7*1 6 Poděkování Chtěli bychom poděkovat Doc.Rojkovi za čas, který nám věnoval při konzultacích a poskytnuté prostředky. We would like to thank to Doc.Rojko for his time and for funds provided by him. 1

Zdroje Habilitační práce Doc.Rojka (Metoda reprezentativního příkladu ve vyučování fyziky, Praha, 1994) Internet (různě, 214) 11