THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

September 1, 2016

BÀI 1: THÍ NGHIỆM KÉO MẪU THÉP
1. Mục đích thí nghiệm:
Tìm sự liên hệ giữa lưc và sự biến dạng của vật liệu khi kéo mẫu, từ đó xác định
đặc trưng cơ tính của vật liệu bao gồm:
- Giới hạn chảy σch.
- Giới hạn bền σb.
- Độ dãn dài tương đối khi đứt δ%
- Độ thắt tương đối ψ%
2. Cơ sở lý thuyết:
Thanh chịu kéo hay nén đúng tâm là thanh mà trên mọi mặt cắt ngang chỉ có một
thành phần lực dọc Nz.
Các giả thuyết làm cơ sở tính toán cho việc chịu kéo nén đúng tâm:
-

-

-

Giả thuyết mặt cắt ngang: Mặt cắt ngang ban đầu là phẳng và thẳng góc với
trục của thanh thì sau khi biến dạng vẫn phẳng và thẳng góc với trục của
thanh.
Gải thuyết về các thớ dọc: Trong quá trình biến dang các thớ dọc không ép
lên nhau, cũng không đẩy nhau, các thớ dọc của thanh trước và thanh sau khi
biến dạng vẫ song song với nhau.
Dưới tác dụng của lưc kéo hay nén đúng tâm, trên mặt cắt ngang chỉ có một
thành phần ứng suất pháp σz.
Quan hệ giữa ứng suất và lực:

 z  P F (Kg/mm2, N/mm2)
3. Mẫu thí nghiệm:
Mẫu thí nghiệm có tiết diện mặt cắt ngang hình tròn (theo TCVN 197-66)
R

HÌNH 1.1

1


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

September 1, 2016

4. Dụng cụ thí nghiệm:
- Thước kẹp.
- Dụng cụ kẻ vạch trên mẫu.
5. Chuẩn bị thí nghiệm:
- Đo kích thước Lo, doban đầu:
- Khắc vạch trên mẫu. Hình 1.2:

Lo = 10d0=10 khoảng chia
- Dự đoán giới hạn bền của vật liệu để định cấp tải trọng thích hợp :
sobo

sobo
B




PB

Fo

2

với  Bsobo = 50÷60 Kg/mm
B

- Điều chỉnh cấp tải trọng, điều chỉnh kim đồng hồ về 0
- Điều chỉnh hai ngàm kẹp của máy kéo – nén thích hợp với hai đầu kẹp mẫu
- Đặt mẫu vào ngàm kẹp và kẹp chặt mẫu, kiểm tra kim chỉ lực, kiểm tra bộ
phận vẽ biểu đồ.
6. Tiến hành thí nghiệm:
- Thí nghiệm kéo được tiến hành trên máy kéo-nén P50.
- Điều chỉnh máy kéo cho tăng lực từ từ.
- Trong qua trình kéo mẫu, chú ý đọc lực chảy P và lực bền Pb trên đồng hồ lực.
- Khi mâu đứt xả áp lực dầu, tắt máy và lấy mẫu ra khỏi máy.

2


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

September 1, 2016

7. Tiến hành tính toán:
- Số liệu tính toán:
 d0=13.3 cm.

 l0=10 d0
 diện tích mặt cắt ngang:
F0=

m

 S =85 cm
 L1=2S = 2×85 =170cm2
 Độ dãn tương đối khi đứt:
δ% =

L1  Lo



  133

L0

100  27.82 %

133

 Đo đường kính d1 tại vị trí nút thắt nhỏ nhất với d1= 8.1 cm.
 F1=

= 51,53 m

Mà Fo=138,9 mm2 =>  % 


F F
o

1

F0

3

100 

138.9  51.53
138.9

100  62.9%


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

Pch

- Tính giới hạn chảy:  

F0

- Tính giới hạn bền:  

Pb
F0




Pch  56.07 KN



Pch  49.076KN
ch



ch
tr

56.07
P
 0.403 KN / mm2
 tr 
F0
138.9
ch

49.076

F0

138.9

 ch  Pd 
 


Pb

63.984

F0

138.9

 0,353 KN / mm2

 0.461 KN / mm2

4

September 1, 2016


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

September 1, 2016

8. Nhận xét:
- Biểu đồ quan hệ P và ∆𝐿

63.984
56.07
49.076

L

Nhận xét: Trên đồ thị
- OA : Giai đoạn đàn hồi, tương quan giữa P và  L là bậc nhất. Lực lớn nhất
trong giai đoạn này là lực tỉ lệ (hay lục đàn hồi)
- AB : Giai đoạn chảy, lực kéo không tăng nhưng biến dạng tăng liên tục. Lực kéo
tương ứng là lực chảy.
- BCD : Giai đoạn củng cố (tái bền), tương quan giữa lực P và  L là đường
cong. Lực lớn nhất là lực bền.
5


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

September 1, 2016

Tiết diện chỗ bị đứt nhỏ hơn so với tiết diện ban đầu (hình thành cổ thắt) do chịu tác dụng
của tải trọng cao nhất Pb, trong kim loại xảy ra biến dạng cục bộ. Lúc đó tuy tải trọng tác
dụng giảm đi mà biến dạng vẫn tăng, kim loại ở chổ biến dạng cục bộ bị đứt và đi đến phá
hủy ở điểm D (như trên đồ thị).

6


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

September 1, 2016

BÀI 2: THÍ NGHIỆM NÉN MẪU GANG
1. Mục đích thí nghiệm:
-Tìm sự liên hệ giữa lực và biến dạng của vật liệu khi nén mẫu, từ đó xác
định đặc trưng cơ tính của vật liệu:

Giới hạn bền đối với gang σb
2. Cơ sở lý thuyết:
Thanh chịu kéo hay nén đúng tâm là thanh mà trên mọi mặt cắt ngang chỉ có một
thành phần lực dọc Nz.
Các giả thuyết làm cơ sở tính toán cho việc chịu kéo nén đúng tâm:
-

-

-

Giả thuyết mặt cắt ngang: Mặt cắt ngang ban đầu là phẳng và thẳng góc với
trục của thanh thì sau khi biến dạng vẫn phẳng và thẳng góc với trục của
thanh.
Gải thuyết về các thớ dọc: Trong quá trình biến dang các thớ dọc không ép
lên nhau, cũng không đẩy nhau, các thớ dọc của thanh trước và thanh sau khi
biến dạng vẫ song song với nhau.
Dưới tác dụng của lưc kéo hay nén đúng tâm, trên mặt cắt ngang chỉ có một
thành phần ứng suất pháp σz.
Quan hệ giữa ứng suất và lực:

 z  P F (Kg/mm2, N/mm2)
3. Mẫu thí nghiệm:
Mẫu thí nghiệm có dạng hình trụ, dường kinh do=19.6mm.

7


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC


September 1, 2016

4. Dụng cụ thí nghiệm:
- Mẫu thí nghiệm.
- Thước kẹp.
5. Chuẩn bị thí nghiệm:
- Đo kích thước d0và h0
- Dự đoán giới hạn bền của vật liệu để định cấp tải trọng thích hợp :
sobo

 Bsobo

với  sobo = 90÷100 Kg/mm2

P
 B
Fo

B

- Điều chỉnh cấp tải trọng, điều chỉnh kim đồng hồ về 0.
- Điều chỉnh hai ngàm kẹp của máy kéo – nén thích hợp với chiều cao
của mẫu
- Đặt mẫu vào ngàm nén, chú ý đặt mẫu sao cho nén được đúng tâm, kiểm
tra kim chỉ lực, kiểm tra bộ phận vẽ biểu đồ.
6. Tiến hành thí nghiệm:
- Thí nghiệm nén được tiến hành trên máy kéo-nén P50.
- Điều chỉnh máy kéo cho tăng lực từ từ.
- Trong qua trình nén mẫu, chú ý đọc lực bền Pb trên đồng hồ lực, lúc này
mẫu bị phá hỏng.

- Xả áp lực dầu, tắt máy và lấy mẫu ra khỏi máy.
7. Tính toán kết quả:
- Diện tích mặt cắt ngang:
F0 =

m

Pn  293.318 KN

- Giới hạn bền nén của gang:
293.318
n
 0.934 KN / mm2
 n  Pb 
F0

314.16

8


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

September 1, 2016

8. Nhận xét:
- Biểu đồ:

- Nhận xét tiết diện mặt cắt bị phá hỏng:


* Đối với vật liệu dòn (gang) không có bất kì biến dạng dẻo nào, ngoài thể hiện biến
dạng đàn hồi. Một đặc trưng của phá hủy dòn là 2 mặt vỡ có thể ghép lại với nhau để
khôi phục nguyên dạng vật liệu ban đầu. Đường cong ứng suất biến dạng đối với vật liệu
dòn có dạng tuyến tính.Thử cơ tính đối với nhiều mẫu như nhau sẽ có nhiều kết quả ứng
suất phá hủy khác nhau.
Độ bền kéo rất nhỏ so với độ bền nén và nó thường được cho là bằng 0 đối với nhiều ứng
dụng. Có thể giải thích là do Hệ số cường độ ứng suất gắn với các khuyết tật trong vật
liệu.
Khi P đạt đến giá trị PB thì mẫu bị phá vỡ, do trên bề mặt tiếp xúc giữa mẫu và bàn nén
không có bôi trơn nên vết nứt nghiêng một góc 450 so với phương của trục. Tiết điện mặt cắt
bị phá hỏng trong thí nghiệm trên là một hình elíp

9


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

September 1, 2016

BÀI 3: XÁC ĐỊNH MOMEN ĐÀN HỒI TRƯỢT G
A. TỔNG QUÁT:
1. Mục đích thí nghiệm:
- Nhằm xác định môđun đàn hồi trượt G của thép và đồng, kiểm nghiệm
định luật Hooke.
2. Cơ sở lý thuyết:
- Khi xoắn thuần túy thanh mằt cắt ngang hình tròn, góc xoắn tương đối
giữa hai mặt cắt ngang A và B cách nhau một đoạn LAB

AB  Mz LAB  G 
GJp


Mz LAB

AB J p

- Trong đó : Mz: momen xoắn thuần túy.
JP momen quán tính độc cực của mặt cắt ngang.
Nếu xác định được Mz JP LABvà đo được φABthì có thể suy ra được mdun
đàn hồi trượt G.
3. Mô hình thí nghiệm:
1. Quả cân.

7
LAB
6

2. Thanh treo quả cân.
3. Ổ lăn.

B
B’

A

3

a

4. Đồng hồ so.
A’


5. Thanh ngang.
6. Dầm.

5
4

7. Ngàm.

b
2
1
P

4. Dụng cụ thí nghiệm:
- Thước kẹp.
- Bộ phận treo cân và các quả cân.
10


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

September 1, 2016

B. CÁC MẪU THỬ:
I. Tính G thép:
1. Chuẩn bị mẫu thép
a =186 mm
b= 407 mm
lAB =96 mm

d= 26 mm
2. Giá trị tính toán:
Lần

Số đọc

Tải

1
2
3
4
5

∆𝐴𝑖′
0.035
0.075
0.105
0.145
0.175

5KN
10KN
15KN
20KN
25KN

Gi 

 abLAB

Ai ' Bi '

8.099×
(N/mm2)
7.363×
8.999×
(N/mm2)
8.756×
(N/mm2)
9.642×

G1
G2
G3
G4
G5

∆𝐵𝑖′
0.025
0.053
0.078
0.108
0.133

Giá trị G trung
bình
8399(N/cm2)

(N/cm2)


11

Giá trị G thép
tiêu chuẩn
8000(N/cm2)


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

II.

September 1, 2016

Tính G đồng:
1. Chuẩn bị mẫu đồng:
- d = 2.6 cm
- a = 17.6 cm.
2. Giá trị tính toán:
Lần
1
2
3
4
5

Số đọc

Tải
∆𝐴𝑖′
0.05

0.12
0.85
0.255
0.328

5KN
10KN
15KN
20KN
25KN

12

∆𝐵𝑖′
0.03
0.07
0.11
0.15

0.2


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

Gi 

G1
G2
G3
G4

G5

 abLAB

Ai ' Bi ' 

September 1, 2016

 ×188.45× 406.5×141.6×32
×102 × (2.574 )

4.367×
(N/mm2)
3.442×
3.492×
3.326×
3.410×
2
N/cm

Giá trị G trung bình

Giá trị G đồng tiêu
chuẩn

36170(N/mm2)

37000(N/mm2)

Nhận xét

Trên mặt cắt ngang của thanh chịu xoắn thuần túy chỉ tồn tại ứng suất tiếp theo
phương vuông góc bán kính, gọi là  
và phân tố đang xét ở trạng thái trượt
thuần túy.Áp dụng định luật Hooke, ta có:

   G.
Trong đó:  là góc trượt của phân tố
+ Khi tăng tải trọng P thì chuyển vị
cũng tăng theo. Tải trọng càng lớn thì
chuyển vị càng lớn.
+ Số đo chuyển vị tăng dần khi tải
trọng tăng nhưng chuyển vị tại A lớn
hơn chuyển vị tại B khi có cùng số gia
tải trọng.
Sai số nằm trong phạm vi cho phép
cho thấy kết quả đo khá chính xác
Đồng
𝐴𝐵 (

)

𝑖
𝐴𝐵 (

)

Thép
𝐴𝐵 (

)


𝑖
𝐴𝐵 (

)

13


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

September 1, 2016

BÀI 4: XÁC ĐỊNH MODULE ĐÀN HỒI E CỦA VẬT LIỆU VÀ GÓC XOAY
TRONG DẦM CHỊU UÔN NGANG PHẲNG
A: TỔNG QUÁT
1. Mục đích thí nghiệm:
- Nhằm xác định môđun đàn hồi E của thép và đồng, kiểm nghiệm định luật
Hooke.
2. Cơ sở lý thuyết:
- Xét dầm công xôn liên kết, chịu lực như sau:

- Dưới tác dụng của tải trọng P nằm trong mặt phẳng quán tính chính trung
tâm, dầm sẽ chịu uốn ngang phẳng.
- Dùng chuyển vị kế đo trực tiếp các chuyển vị trên, các đại lượng
LB, LC, LA, J, P đều được xác định dẫn đến kết quả cần tìm sẽ là:
E

PL3
B


3yB Jx
3
PL
PL2 (L  L )
B
B
E
 B A
3y A J x
2 yAJx
E

PL3
c

3yC J x



PL2 (L  L )
C

B

C

2 yC J x

- Vì đường đàn hồi của dầm AB là bậc nhất nên có thể xác định góc

xoay của mặt cắt ngang tại B thông qua chuyển vị:
14


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

 

September 1, 2016

yA  yB
LA  LB

3. Mô hình thí nghiệm:
- Mô hình thí nghiệm là một thanh thẳng có tiết diện hình chữ nhật cạnh bxh. Đầu
D được ngàm chặt, đầu A tự do. Tại A và C đăt 2 chuyển vị kế để đo chuyển vị
đững của dầm, tại B đặt móc để treo các quả cân.
1. Đồng hồ đo.
2. Quả cân.
3. thanh ngang.
4. Ngàm.

4. Dụng cụ thí nghiệm:
- thước kẹp, thước lá, đồng hồ so.
- Bộ phận treo cân và các quả cân.

15


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC


September 1, 2016

B. CÁC MẪU THỬ:
I. Tính E thép
1. Chuẩn bị mẫu thép:
- b=2.18cm.
- h =1.1cm
- LB=31cm
- LA=42.6 cm
- J= 2417.46cm4
- Ban đầu: 33×10-2
2. Giá trị tính toán:
Trị số chuyển vị.
𝐴(mm)

Lần

Tải

1
2
3
4
5

5KN
10KN
15KN
20KN

25KN

E 

L
B

yA ×3× J

180258.5
180288.5
180288.5
175891.2
176753.4

E1
E2
E3
E4
E5



0.1
0.2
0.3
0.41
0.51

 × L2 ×(L  L )

B

A

B

yA × 2× J

Giá trị E trung Giá trị E thép
bình
tiêu chuẩn
178702.2(N/mm2)

(N/mm2)

200000(N/mm2)

3. Nhận xét:
- Sai số giữa kết quả thí nghiệm với kết quả theo lý thuyết:
ketqualythuyet  ketquathucnghiem
200000 178802.2
100 
100  10.59%
ketqualythuyet
20000

16


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC


September 1, 2016

 Nhận xét sai số: sai số của thực nghiệm và lý thuyết khá lớn.
Nguyên nhân sai số có thể do sai sót trong quá trình đo, tác
động từ bên ngoài…
II. Tính E đồng:
1. Chuẩn bị mẫu đồng:
- b=2.4cm.
- h =12cm
- LB=30cm
- LA=45 cm
2. Giá trị tính toán:
Trị số chuyển vị.

Lần

Tải

1
2
3
4
5

5KN
10KN
15KN
20KN
25KN


E 

YA(mm)
0.25
0.505
0.76
1.01
1.28

L
B

yA ×3× J

E1 91145.8
E2 90243.4
E3 89946.5 Giá trị E trung bình
E4 90243.4
E5 89009.6
90127.74(N/mm2)
(N/mm2)
𝐴𝐵 (



 × L2 ×(L  L )
B

A


B

yA × 2× J

Giá trị E thép tiêu chuẩn
100000(N/mm2)
)

𝑖
𝐴𝐵 (

)

17


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

September 1, 2016

3. Nhận xét:
Đồ thị biểu diễn sự liên hệ giữa chuyển vị thẳng và góc xoay theo tải
trọng P
+ Đối với đồng:
Đồ thị biểu diễn sự liên hệ giữa chuyển vị thẳng theo tải trọng P
2.5

1.5


0.5

0.25

0.5

0.81

1.12

YBi

Đồ thị biểu diễn sự liên hệ giữa góc xoay theo tải trọng P
2.5

1.5

0.5

0.00078

0.00167

0.00256

θB

18

0.00356



THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

September 1, 2016

+ Đối với thép:
Đồ thị biểu diễn sự liên hệ giữa chuyển vị thẳng theo tải trọng P
2.5

1.5

0.5

0.12

0.25

0.38

0.51

YBi

Đồ thị biểu diễn sự liên hệ giữa góc xoay theo tải trọng P
2.5

1.5

0.5


0.00033

0.00078

0.00122

0.00167

θB
Khi số gia tải trọng  P không đổi, ta thấy  yA cũng không đổi, theo kết quả
đo được thì sai lệch không đáng kể, coi như  yA không đổi.
- Sai số giữa kết quả thí nghiệm với kết quả theo lý thuyết khá lớn

19


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

September 1, 2016

BÀI 5: XÁC ĐỊNH MOMEN QUÁN TÍNH
1. Mục đích thí nghiệm:
- Xác định mômen quán tính của vật thể chuyển động song phẳng.
- So sánh kết quả xác định bằng thực nghiệm với kết quả tính toán theo lý thuyết.
2. Cơ sở lý thuyết:
- Con lăn có khối lượng m được xem là một vật rắn, lăn không trượt trên mặt phẳng
nghiêng góc  dưới ảnh hưởng của Mômen quán tính Jc.
- Phương trình chuyểng động của con lăn theo lý thuyết (Áp dụng định lý biến
thiên động năng):

 g sint2 
J 
c


2x

1 m × R


-Trong đó:
+ g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2.
+ x : Quãng đường con lăn đi được, x = 1- d.
+ m : Khối lượng con lăn (Kg).
+ R : Bán kính con lăn.
3. Chuẩn bị thí nghiệm:
- Đo kích thước con lăn:

20


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

September 1, 2016

- Số liệu thực nghiệm:
- Đĩa nhôm đồng
R1 85mm
R2 10 mm
R3 15mm

H nhôm 12.5mm
H đồng 33 mm
M 1.65 kg
Điều chỉnh đồng hồ bấm giây.
4. Tiến hành tính toán:
4.1. Kết quả thực nghiệm:
Lần đo thứ i
1
2
3
1
2
3
1
2
3

Chiều cao hk
(cm)
6

Góc nghiêng
sinα
3.23
degree

9

4.84
degree


12

6.45
degree

Momen quán tính trung bình

21

Thơì gian đo
(s)
7.56
7.5
7.8
6.48
6.75
6.5
5.15
5.16
5.38

Momen quán
tính.(kg.m2)
0.636
0.626
0.68
0.704
0.768
0.704

0.578
0.588
0638
0.6013


THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

September 1, 2016

4.2. Xác định theo lý thuyêt:
2

2

V1   R ×h   ×0.85 ×12.5 0.284 d
- m1  V1 ×1  0.284×2.7  0.7668 kg
-

2
V2  R ×h   ×

×12.5  3.927×

=d

m2  V2 × 2  0.011 kg
Jnhôm  1/ 2×m1 ×

1/ 2m2 ×


2

 kg.d

Jđồng:
m lõi đồng nhỏ= 3.927
V3=

×h=

×8.96 = 0.035kg

×33 = 0.0233 d

m lõi đồng lớn = 0.023×8.96 =0.2088 kg
Jđồng = 2J đồng nhỏ+ J đồng lớn =2×1/ 2×mđồng nhỏ ×
+1/ 2×mđồng lớn ×
2.669×
kg.d
J = J nhôm + J đồng = 2.669×
= 0.5557 kg.d

=

5. Nhận xét:
- Theo như kết quả thực nghiệm, các giá trị của Momen quán tính J xấp xỉ

gần bằng tổng giá trị sau của các kết quả đo. Như vậy khi lấy kết quả momen quá
tính ta chỉ cần lấy trung bình các kết quả sau.

- Sai số:
ketqualythuyet  ketquathucnghiem
100 
ketqualythuyet

0.5557

100  8.2 %

- Nguyên nhân sai số có thể do sai số dụng cụ, sai số trong quá trình đo…
- Ta thấy góc nghiêng  càng lớn thì mômen quán tính càng lớn và ngược lại.
Do đó khi tiến hành thí nghiệm, nếu làm cho góc nghiêng  càng nhỏ thì kết quả
tính được chính xác hơn và khi đó mômen sẽ không phụ thuộc vào góc nghiêng 
do góc nghiêng  nhỏ ta có thể lấy sin ≈  .

22