การทดสอบกำลังดัดของเหล็ก
ทฤษฎี
การทดสอบแรงดัดเพื่อหาค่าความต้านทานต่อแรงดัดของคานเหล็ก
และหาค่าความแข็งแรงในรูปของโมดูลัสของการยืดหยุ่น (modulus of elasticity) เมื่อน้ำหนักกระทำในรูปของน้ำหนักกระทำขวาง
ค่าโมดูลัสของการยืดหยุ่น (modulus of elasticity) ที่ได้จากการทดลองสามารถนำไปคำนวณหาระยะแอ่นตัว
(deflection) ในช่วงยืดหยุ่นของคานที่ทำจากวัสดุเดียวกัน
ถึงแม้จะมีขนาดรูปร่างหรือน้ำหนักบรรทุกที่ต่างไปได้ แต่ก็อาจจะมีความคลาดเคลื่อนเล็กน้อย
การทดสอบทำได้หลายวิธี ดังแสดงในรูปที่ 11.1 แต่สำหรับปฏิบัติการนี้จะใช้วิธีการทดสอบแบบแรงกระทำบนคาน 2
จุด ที่สมมาตรกัน (symmetrical two-point loading) ซึ่งทำให้โมเมนต์ที่เกิดขึ้นบนช่วงกลางคานมีค่าคงที่ดังแสดงในโมเมนต์ไดอะแกรม
รูปที่ 11.3 ค่าโมดูลัสของหน้าตัด (modulus of section) ของรูปหน้าตัดต่าง
ๆ
11.1 กรณีคานที่มีแรงกระทำเป็นจุดที่กึ่งกลางคาน (L/2)
เมื่อความยาวคานเท่ากับ L หน้าตัดคานเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ากว้างเท่ากับ b และความลึกเท่ากับ
d หน่วยแรงดัดสูงสุดที่เกิดการโค้งงอจะเกิดที่ขอบนอกสุดของหน้าตัดและสามารถคำนวณได้ดังนี้
11.2 กรณีคานที่มีแรงกระทำบนคาน 2 จุดที่สมมาตรกัน (symmetrical
two-point loading)
แบ่งระยะเท่ากันที่ L/3 ความยาวคานเท่ากับ L หน้าตัดคานเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ากว้างเท่ากับ
b และความลึกเท่ากับ d หน่วยแรงดัดสูงสุดที่เกิดการโค้งงอจะเกิดที่ผิวบนสุดของหน้าตัด
ซึ่งสามารถคำนวณโมดูลัสการแตกร้าวได้ดังนี้
ในทำนองเดียวกันการแอ่นตัวของคานและโมดูลัสยืดหยุ่นซึ่งมีความสัมพันธ์กันสามารถคำนวณได้ดังต่อไปนี้
11.3 วัตถุประสงค์ของการทดสอบ
เพื่อศึกษาพฤติกรรมของเหล็กและหาคุณสมบัติต่าง
ๆ ของเหล็กภายใต้การรับแรงดัด
และเปรียบเทียบความแข็งแรงของเหล็กตัวอย่างที่ทำจากวัสดุชนิดเดียวกันแต่มีรูปร่างแตกต่างกัน
11.4 มาตรฐานอ้างอิง
ASTM A370-94 Standard test methods and definitions for
mechanical testing of steel products
11.5 การเตรียมชิ้นตัวอย่าง
เหล็กกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 12 มม. ยาว 50 ซม.
จำนวน 1 ตัวอย่าง
เหล็กแผ่น (steel plate) ขนาด 20x40 มม. ยาว 50 ซม. จำนวน 1 ตัวอย่าง
เหล็กรูปปีกกว้าง (Wide flange; WF) ขนาด 100x50 มม. ยาว 50 ซม. จำนวน 1 ตัวอย่าง
หรืออาจใช้เหล็กขนาดหน้าตัดต่าง ๆ
ตามที่ห้องทดสอบจัดหามาให้
11.6 เครื่องมือที่ใช้ทดสอบ
1.เครื่องทดสอบ Universal
testing machine
2.Dial gauge วัดการแอ่นตัว
3.ไม้บรรทัดเหล็ก
4.เวอร์เนียร์คาลิเปอร์
11.7 วิธีการทดสอบ
1.วัดขนาดและชั่งน้ำหนักของตัวอย่างเหล็ก
2. จัดระยะห่างจุดรองรับของเครื่องทดสอบ วางแท่นทดสอบ
และวางตัวอย่างเหล็กบนแท่นทดสอบ
ทำเครื่องหมายที่ด้านบนของตัวอย่างเหล็กเพื่อแสดงให้เห็นหลังจากแตกร้าว
3.ติดตั้ง dial gauge เพื่อวัดการแอ่นตัวที่กลางช่วงคาน
ปรับค่าการอ่านเป็นศูนย์
4.ให้แรงกระทำอย่างช้า ๆ และสม่ำเสมอ
อ่านค่าการแอ่นตัวพร้อมกับแรงที่กระทำที่เพิ่มขึ้นครั้งละ 100 กิโลกรัม จนเลยขอบเขตของจุดคราก (yield)
ยกเว้น ชิ้นทดสอบ wide flange ให้ทดสอบไม่เกินจุดคราก
5.บันทึกค่าแรงสูงสุด การแอ่นตัวสูงสุด พร้อมวาดรูปลักษณะการวิบัติ
6.เขียนกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงที่กระทำกับการแอ่นตัว
หาค่าแรงครากที่การแอ่นตัวเยื้องไป(offset 0.5 มม.)
7.คำนวณหาค่าหน่วยแรงดัดที่แรงคราก ค่าโมดูลัสของการแตกร้าว (modulus of rupture)
รูปที่ 11.5 ตัวอย่างกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างโหลดกับระยะแอ่นตัว
11.9 ตารางบันทึกผลแรงกระทำกับระยะแอ่นตัว
11.11 สรุปผลการทดลอง
11.12 วิจารณ์และวิเคราะห์ผลการทดลอง
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………........
วีดีโอสอนการทำทดลอง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น