методичка 1. На рис показана схема расположения тензометров на прямоугольном образце

• Название: На рис показана схема расположения тензометров на прямоугольном образце
• Дата: 16.12.2021
• Размер: 92.6 Kb.
• Имя файла: методичка 1.docx
• Тип: Лабораторная работа; #305601
• страница: 6 из 7

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

ИСПЫТАНИЕ НА РАЗРЫВ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Цель работы. Ознакомиться с особенностями деформации и разрушения сварных соединений. Определить предел прочности материала сварного флангового шва.

Основные понятия. У большинства сельскохозяйственных машин имеют место сварные соединения. Качество сварки, которое во многом зависит от квалификации сварщика, влияет на прочность шва.

Основные дефекты - непровар и пережог - внешним осмотром обнаружить довольно трудно, поэтому необходимо проведение контрольных испытаний. Данная работа ставит своей задачей дать представление о порядке проведения испытаний на прочность сварного шва.

Существует несколько видов сварных соединений: встык, внахлестку, фланговыми, лобовыми или комбинированными швами.

Соединение встык образуется путем заполнения зазора между торцами соединяемых элементов наплавляемым металлом. Проверка прочности производится на растяжение или сжатие по Формуле: , где - длина шва, h- высота шва. Боковые или фланговые швы в сечении имеют неопределенную форму. Теоретически сечение валикового шва принимается в виде равнобедренного треугольника с расчетной высотой К (катет). Срез шва предполагается по бессекторному сечению высотой 0,7К. Предел прочности материала шва определяется по данным формуле: , , где - расчетная длина шва, которая принимается по данным обмера за вычетом 2С, (С- допуск на непровар по концам шва), n- число швов.

Опытное определение предела прочности сварного шва

Испытания на срез сварного шва проводятся на разрывной машине Р-20 с усилием 200 кН. Для проведения испытания изготавливаются специальные образцы, показанные на рис.13. толщина 6…10 мм, длина шва выбирается с таким расчетом, чтобы разрушение происходило по шву, а не по полосе.

Порядок проведения испытаний. Производится обмер образца с помощью штангенциркуля: измеряется длина и катет шва. Можно определить среднее значение или принять его равным толщине полосы. После обмера образец закрепляется в захватах

машины и нагружается вплоть до разрушения.
Рис.13

В процессе испытания необходимо следить за показаниями силоизмерительного прибора и состоянием образца. Обратить внимание на положение поверхности среза.
Обработка результатов испытаний. Значение максимальное нагрузки записывается в журнал наблюдений. Предел прочности материала шва подсчитывается по формуле: =

Где = - 10 мм - расчетная длина шва.

Затем, задаваясь коэффициентом запаса прочности, определяют допускаемое напряжение для материала шва:

[ ]= n=2,5…3,0 .

Выводы. Необходимо дать анализ характера и причин разрушения шва, а также сопоставить полученное значение предела прочности материала испытуемого шва с общепринятым значением предела прочности для данного типа шва, взятого из справочника.

Вопросы для самопроверки

1.Какие бывают типы сварных соединений?

2.От каких напряжений происходит разрушение при сварке образцов встык и внахлестку?

3.На какую деформацию рассчитываются фланговые сварные соединения? '

4.По какому сечению происходит разрушение сварного шва?

5.Чему равна площадь среза в сварных фланговых соединениях?

6.Какие основные дефекты сварных соединений и как это учитывается в расчетах?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА КОНЦЕНТРАЦИИ

ПРИ РАСТЯЖЕНИИ ПОЛОСЫ С ОТВЕРСТИЕМ
Цель работы. Изучение характера распределения напряжений при растяжении образца с концентратором напряжений в виде отверстия. Определение величины коэффициента концентрации напряжений в поперечном сечении.

Основные понятия. В деталях часто имеются резкие изменения формы - надрезы, отверстия, резьба, шпоночные канавки и др., в местах которых резко изменяется характер распределения напряжений по поперечному сечению. Возникают значительные местные напряжения, быстро убывающие с удалением от концентраторов напряжений. В достаточно удаленных от них сечениях напряжения распределяются равномерно (при растяжении - сжатии) и могут определяться по известным формулам, например, . На рис.14 представлены

эпюры напряжений для полосы с отверстием

в зоне концентрации напряжений (сечение I-I) и на достаточном расстоянии от нее

(сечение П-П).

Для определения максимального напряжения в формулу вводится коэффициент концентрации напряжений , который определяется экспериментально или аналитически. Он показывает, во сколько раз максимальное напряжение вблизи концентратора (отверстия) больше номинального-среднего:

здесь номинальное напряжение:

определяется для ослабленного сечения

= . Такой коэффициент концентрации напряжений называется теоретическим. Он определяется в пределах упругих деформаций при статической нагрузке.

Рис.14

Электрические тензометры. Для измерения деформаций в поверхностных слоях деталей и образцов используют электрические тензометры, основным элементом которых являются тензорезисторы или датчики сопротивления. В отличие от механических тензометров они имеют малые габариты и вес, могут измерять как статические, таки динамические деформации. Регистрирующие приборы дают показания в цифровой или графической форме, что позволяет автоматизировать процесс измерения. Датчик сопротивления представляет собой решетку из нескольких петель тонкой константановой проволоки I (рис.15) диаметром 20...40 мкм, вклеенных между двумя бумажными полосками 2 и присоединенных к выводам 3. Датчик приклеивается

к поверхности измеряемой детали и деформируется совместно с ней. При деформации датчика изменяются длина и площадь поперечного сечения проволоки решетки, что приводит к изменению электрического сопротивления датчика R . Это изменение фиксируется измерительной аппаратурой.

Здесь - измеряемая деформация,

коэффициент чувствительности материала решетки (для константановой проволоки

).База датчиков S обычно

находится в пределах 3,0.-. .30 мм. Чаше всего используются датчики с базой S=20 мм и сопротивлением R= 200 Ом.

Рис.15

Изменение сопротивления при деформации деталей составляет обычно очень малую величину, для измерения которой приходится использовать мостовые схемы включения датчиков. Датчик , наклеенный на деталь (рабочий),включается в одно из плеч моста Уитстона, принципиальная схема которого показана на рис.16. В диагональ моста включается регистрирующий прибор, например, гальванометр Г . Деформация, полученная рабочим датчиком, приводит к изменению и, следовательно, к нарушению баланса, вследствие чего стрелка гальванометра отклоняется от нуля. Деформация пропорциональна показанию гальванометра.

Чтобы исключить влияние температуры на результаты измерений в соседнее плечо моста включается датчик сопротивления , наклеенный на свободную пластинку из материала, аналогичного материалу детали. Этот датчик, называемый компенсационным, находится в одинаковом температурном режиме с рабочим датчиком .

Одновременное и одинаковое изменение сопротивлений и при колебании температуры не нарушает условия баланса моста и делает тензометрическую установку нечувствительной к изменению температуры.

Порядок проведения испытаний. Испытанию подвергается стальной образец в виде пластины прямоугольного сечения с круглым отверстием посередине. Для определения напряжений используют электрические тензометры, устройство которых описано выше.

Рис.16

В опасном сечении I-I наклеивают два рабочих датчика сопротивления; 2р - у края отверстия, Зр - на краю пластины (рис.17).

Контрольный датчик устанавлива-

ется на достаточном расстоянии от отверстия - в зоне равномерного распределения напряжений. Для исключения влияния температурных изменений на омическое сопротивление рабочих датчиков на отдельной стальной полосе наклеивают три компенсационных датчика 1к, 2к, Зк. .Все датчики попарно соединены в три измерительных моста, в которые входят еше 6 сопротивлений (в составе измерительного прибора).

Рис.17

Для повышения чувствительности можно разместить тензометрические датчики с обеих сторон отверстия и соединить их последовательно, при этом из-за наличия симметрично расположенных рабочих датчиков устраняется влияние случайной эксцентричности приложения нагрузки на результаты испытаний.

Образец с наклеенными датчиками устанавливается на машину

и подвергается ступенчатому нагружению . При каждом значении нагрузки регистрируются показания прибора (поочередно подключаемого к каждому из мостов), которые записывают в журнал наблюдений.

Обработка результатов испытаний. Определяют средние приращения нагрузки и показаний тензометров и находят напряжения по формуле: , где K - цена деления прибора. Затем определяют значение коэффициента концентрации напряжений , где - напряжение, найденное по показаниям датчиков, расположенных у отверстия; - приближенно может быть рассчитано по показаниям датчиков, поставленных у кромки образца в сечении, ослабленном отверстием.

Выводы. Отметить неравномерный характер распределения напряжений в сечении по отверстию и положение "пиковых” напряжений. Сопоставить опытное значение коэффициента концентрации со значением, полученным по. литературе.

Вопросы для самопроверки

1.Как устроен тензометрический датчик сопротивления?

2.Каков принцип работы датчиков сопротивления для измерения деформации?

3.Где надо наклеить тензодатчики при испытании на растяжение образца с отверстием?

4.Для каких целей устанавливают компенсационный датчик?

5.Какие преимущества имеют датчики сопротивления по сравнению с механическими?

6.Что называется коэффициентом концентрации напряжений?

7.Как определяется и ?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКЙ МЕТОД СПРВДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

Цель работы. Ознакомиться с поляризационно-оптическим методом определения напряжений, применяемой аппаратурой и примерами ее использования.
Основы метода. Этот метод основан на способности некоторых прозрачных материалов (эпоксидные смолы, целлулоид, бакелит и др. при деформации становиться оптически анизотропными, приобретать свойство двойного лучепреломления. Их называют оптически чувствительными или оптически активными материалами. Изучение напряжений можно вести на моделях или натурных деталях (рис.18, А и Б).

Модель 4 из оптически чувствительного материала просвечивают плоско поляризованным светом от источника I, прошедшим через поляризатор 2.


А) Б)

Рис.18
Поляризованный световой луч имеет колебания в одном направлении - в плоскости поляризации. В нагруженной модели скорость распространения колебаний пропорциональна величине напряжений. Поэтому поляризованный луч разложится на две взаимноперпендикулярные составляющие по направлению главных напряжений и . Скорости распространения этих составляющих будут и . Проходя через анализатор б (второй поляризатор), оба луча сводятся в одну плоскость и происходит их интерференция. Так как величины главных напряжений и различны, то происходит сдвиг по фазе двух световых волн и возникает разность хода - ) . Здесь С - оптическая постоянная материала; - длина волны;, t - толщина модели.

Если свет монохроматический, на экране 7 возникает силуэт модели с картиной светлых и темных полос, по которой можно оценить величину разности напряжений - в нагруженной модели. В белом цвете картина полос будет цветной. Каждой полосе соответствует определенное значение параметра, , а следовательно, максимального касательного напряжения

Полосы одинаковой окраски соответствуют одинаковому значению и называются изохромами, которые могут быть разных порядков. Каждой полосе соответствует целое число m , называемое порядком полосы. Чем выше напряжение, тем больше порядок полос в этой области. Кроме изохром на экране видны темные полосы - изоклины -совпадающие с направлением главных напряжений, в плоскости которых луч остается поляризованным и после выхода из модели гасится анализатором. Изоклины можно удалить, чтобы ’’очистить” картину напряжений, для чего в установке служат две слюдяные пластинки 3 и 5.

Разность напряжений определяют по порядку полосы: - =m ,где так называемая цена полосы,зависящая от оптических свойств материала и толщины модели t . Ее можно определить тарировкой.

Найдя порядок, полосы в зоне концентрации напряжений и в области равномерного распределения напряжений , можно вычислить коэффициент концентрации напряжений . Для определения каждого из главных напряжений и необходимы сложные расчеты или дополнительные эксперименты.

Напряженное состояние в модели для удобства наблюдений можно зафиксировать термическим способом ("заморозить”) путем нагружения при повышенной температуре и последующего охлаждения. "Замороженную” модель можно разрезать на отдельные части и определить напряжения во внутренних частях модели.

Более широкие возможности имеет использование оптически чувствительных покрытий. На поверхность реальных деталей наклеивают или наносят тонкий слой оптически чувствительного материала. При нагружении детали вместе с ней деформируется и.покрытие; при облучении его поляризованным светом в отраженном луче образуется картина полос – изохром и изоклин - которая обрабатывается таким же образом как и в модели. На рис.18 Б показана схема так называемой V —образной поляризационной установки (падающий и отраженный лучи напоминают латинскую букву V ), нумерация аналогична рис.18 A.

Постановка работы. В демонстрационном порядке ознакомиться с примерами применения метода. Демонстрируются картины полос при нагружении простых моделей: балочка при чистом изгибе, сжатие диска, растяжение полосы с отверстием или выкружками. Подсчетом порядка полос находится коэффициент концентрации напряжений. Возможно использование "замороженных" моделей. Нарисовать картину полос.
Выводы. Отметить преимущества и недостатки метода по сравнению с тензометрическим. Указать расположение зон концентрации напряжений и ориентировочное значение коэффициента концентрации.

Вопросы для самопроверки

1.На чем основан оптически-поляризационный метод исследования напряжений? ’

2.Какой свет используется в оптической установке?

3.Как ведет себя плоско поляризованный луч при прохождении нагруженной модели?

4.От чего зависит разность хода лучей?

5.Что такое изохромы?

6.Как выражается коэффициент концентрации напряжений в’ оптически-поляризационном методе?

7.Каким образом и зачем."замораживают" картину полос в модели?