Учебное пособие 800276

4.5. Лабораторная работа № 11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ВНЕЦЕНТРЕННОМ РАСТЯЖЕНИИ

Цель работы: определить теоретически и экспериментально напряжения при внецентренном растяжении и сопоставить их значения.

При внецентренном растяжении равнодействующая внешних сил параллельна оси стержня, но с ней не совпадает. При этом в поперечном сечении стержня в общем случае возникает нормальная сила и изгибающие моменты относительно главных центральных осей инерции сечения.

Напряжения при внецентренном растяжении согласно [1] можно определить по формуле:

где Р – нагрузка; x, y – координаты точки, в которой определяются напряжения (x, y – главные центральные оси инерции сечения); xp,yp - координаты точки приложения нагрузки; F –

площадь поперечного сечения; Jx,Jy - осевые моменты инер-

ции.

Соотношение (4.17) применимо только при упругих деформациях. Так как закон Гука справедлив при напряжениях, не превышающих предела пропорциональности материалапц , то максимально допустимую нагрузку, которую можно

приложить к испытуемому образцу, определяют из условия:

Образец 6 для испытания на внецентренное растяжение (рис. 4.8) представляет собой стержень с поднутрением, имеющий на рабочей части прямоугольное поперечное сечение с

90

размерами b h. Нагружают его через штифты 7 и тяги 8. Нагружение проводят на испытательной машине УМ – 5 (см. п. 1.2). При этом точка приложения силы Р находится на главной центральной оси инерции х поперечного сечения (т.е.

перечном сечении стержня возникают нормальная сила и изгибающий момент относительно оси y. Экспериментальные значения напряжений определяют методом электротензометрирования для правых и левых волокон рабочей части образца

(при x b2 ). Для этого на боковые поверхности рабочей ча-

сти образца попарно наклеены тензорезисторы 1 – 4 (см. рис.4.8). Парное расположение тензорезисторов необходимо для устранения погрешности, связанной с возможным смещением точки приложения нагрузки в направлении оси y.

Для определения тарировочного коэффициента K на

достаточном удалении (~ 2b) от рабочей части образца наклеивают тарировочный тензорезистор 5 (см. рис.4.8). В этой области образца с размерами поперечного сечения В и Н (см. рис. 4.8, сечение С – С) при нагружении реализуется центральное растяжение.

Порядок выполнения работы

1. Замерить штангенциркулем с точностью 0,1мм размеры b,h поперечного сечения рабочей части образца и размеры B,H сечения образца в зоне наклейки тарировочного датчика 5.

2. Используя формулу (4.17) и условие (4.18), определить максимально допустимую нагрузку Pmax . При этом следует учесть, что площадь F bh, а осевые моменты инерции для

91

3.Установить образец в захваты испытательной машины

иподключить тензорезисторы к тензостанции.

4.С целью устранения зазоров между соприкасающимися частями испытательной машины предварительно нагрузить образец силой, равной 8 кН, и замерить показания тензорези-

сторов Ai i 1,...,5 .

5. Далее нагружать образец ступенчато возрастающей нагрузкой с шагом P = 8 кН и на каждой ступени нагружения снимать показания тензорезисторов. Результаты замеров записать в табл. 4.4.

92

Таблица 4.4

затем определить средние арифметические значения этих при-

11. Оценить расхождение между теоретическими и экспериментальными значениями приращений напряжений:

93

Контрольные вопросы

1.Какое нагружение вызывает внецентренное растяжение стержня?

2.Какие внутренние силовые факторы возникают в поперечном сечении стержня в общем случае внецентренного растяжения?

3.Какие внутренние силовые факторы возникают в поперечном сечении стержня при его нагружении в настоящей работе?

4.С какой целью определяется максимально допустимая

нагрузка на образец Pmax ?

5.Как теоретически рассчитывают напряжения в

стержне?

6.Как определяют осевые моменты инерции для прямоугольного сечения?

7.Какой метод используется для экспериментального определения напряжений?

8.Для чего применяется парное расположение тензорезисторов на образце?

9.Каков порядок проведения испытаний с целью экспериментального определения напряжений?

10.Как проводится тарировка показаний тензорезисто-

ров?

11.В чём состоит обработка экспериментальных данных?

12.Как экспериментально определяют значения напря-

жений?

94

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполнение лабораторных работ, представленных в настоящем учебном пособии, будет способствовать закреплению и углублению теоретических основ курса сопротивления материалов, а также развитию у студентов умения применять полученные теоретические знания на практике.

Авторы надеются, что данное учебное пособие окажет существенную помощь студентам при выполнении лабораторных работ, даст им возможность познакомиться с методиками постановки, проведения экспериментов и анализа полученных результатов. Отдельные лабораторные работы могут послужить основой для проведения студенческих научных исследований.

Знакомство с методологией экспериментальных исследований будет способствовать формированию у студентов творческого подхода к решению задач расчета на прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкций, позволит избежать ошибок и негативных явлений, свойственных современному промышленному производству.

Учебное пособие призвано помочь формированию у студентов целостного представления о путях получения экспериментальной информации, необходимой при решении практических и теоретических задач сопротивления материалов.

95

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.:

Наука, 1979. С. 48-53.

2.Афанасьев A.M., Марьин В.А. Лабораторный практикум по сопротивлению материалов. М.: Наука, 1975. С. 7-17.

3.Беляев Н.М Сопротивление материалов. М.: Наука, 1969. С. 39-52.

4.ГОСТ 1497-84. Методы испытания на растяжение. М.: Стандарт, 1984.

5.ГОСТ 25.503 – 80. Метод испытания на сжатие. М.:

Стандарт, 1981. 95с.

6.Рубашкин А.Г. Лабораторные работы по сопротивлению материалов. М.: Высшая школа, 1981. 154 с.

7.ГОСТ 3565-80. Метод испытания на кручение. М.: Стандарт. 1980. 14 с.

8.Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при по-

ниженной, комнатной и повышенной температурах. – М.: Стандарт, 1978. 12 с.

9.Металлы. Методы механических и технологических испытаний. М.: Стандарт,1985. 296 с.

10.Никитин С.Н. Лабораторный практикум по сопро-

тивлению материалов. М.: МЭИ, 1969. 138 с.

96

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………….... 3 1. Испытательные машины и приборы……………………... 4

1.1.Инструкция по технике безопасности при работе

влаборатории механических испытаний…………………... 4

1.2.Машина УМ-5………………………………………. 5

1.3.Гидравлический пресс 2ПГ-250………………….... 7

1.4.Разрывная машина Р-20 для статических испытаний металлов………………………………………..... 8

1.5.Машина КМ-50 для испытаний на кручение……... 11

1.6.Маятниковый копер МК-30………………………... 12

1.7.Тензометр ТР-1……………………………………... 14

2.3.Лабораторная работа № 3. Испытание стального образца на кручение…………………………………………. 38

2.4.Лабораторная работа № 4. Определение ударной вязкости металлов………………………………………….... 45

3.Метод электротензометрирования……………………….. 51

3.1.Основы метода электротензометрирования…….... 51

3.2.Лабораторная работа № 5. Определение модуля упругости и коэффициента поперечной деформации…….. 57

3.3.Лабораторная работа № 6. Определение теоретического коэффициента концентрации напряжений в полосе с отверстием………………………………………………. 63

4.Экспериментальная проверка теоретических решений сопротивления материалов………………………………….. 70

4.1.Лабораторная работа № 7. Определение прогибов

и углов поворота поперечных сечений двухопорной балки при прямом изгибе…………………………………............... 70

97

4.2.Лабораторная работа № 8. Экспериментальная проверка теорем о взаимности работ и перемещений…….. 76

4.3.Лабораторная работа № 9. Определение перемещений при косом изгибе…………………………………….. 80

4.4.Лабораторная работа № 10. Определение опорной

98

Учебное издание

Воропаев Алексей Алексеевич Томилов Федор Христианович Хван Дмитрий Владимирович Рябцев Владимир Андреевич

СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

В авторской редакции

Компьютерный набор А.А. Воропаева

Подписано в печать 22.02.2017.

Формат 60х84/16. Бумага для множительных аппаратов.

Усл. печ. л. 6,2. Уч.-изд. л. 5,0. Тираж 250 экз. Зак. № 6.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

394026 Воронеж, Московский просп., 14