Нужные лабороторные по СопроМату. Содержание лабораторная работа
 Скачать 1.81 Mb.
|
|
Испытание деревянных образцов на сжатие Древесина является представителем анизотропных материалов, то есть обладает различными свойствами в разных направлениях. Такие свойства древесины обусловлены резко выраженной волокнистостью строения. При рассмотрении свойств древесины выделяют два главных направления вдоль волокон и поперек волокон. В направлении вдоль волокон древесина обладает наибольшими прочностными и упругими свойствами, а в направлении поперек Рис. 2 P l Р пч б в а а b h волокон – наименьшими. Анизотропию древесины учитывают при применении дерева в сооружениях. Дерево следует располагать так, чтобы сжимающие растягивающие) усилия действовали по направлению наибольшего сопротивления, то есть вдоль волокон. Для испытания применяют деревянные кубики со стороной h = 3 см рис 3, б, в. При сжатии дерева вдоль волокон до разрушения образец претерпевает сравнительно небольшие остаточные деформации риса, кривая 1) . Разрушение образца обычно происходит за счет образования поперечных складок, обмятия торцов и образования продольных трещин (рис 3, г. По результатам испытания определяется предел прочности ) 3 ( 0 пч в(пч) А P = σ Работа древесины на сжатие поперек волокон отличается вязкостью, то есть происходит с сильным развитием деформаций. Типичная диаграмма для этого случая показана на рисунке 3, а (кривая 2). Разрушение кубика, как правило, не наблюдается он лишь спрессовывается (рис. 3, д. В связи с этим условно считают, что разрушающая нагрузка – это та, при которой кубик сжимается на 1/3 своей первоначальной высоты. Предел прочности (условный вычисляется по формуле ) 4 ( , 0 max в(пч) А P = σ а Р пч 1 2 l б в h 2/3 P Р ma г д h b a Рис. 3 где Р нагрузка, при которой кубик сжался на 1/3 своей первоначальной высоты. Для испытания используют гидравлический пресс, оснащенный закрытым щитком, предохраняющим от возможных осколков разрушающегося образца. Порядок проведения работы Замерить испытуемый образец штангенциркулем. Установить образец на опорный цилиндр по центру пресса. Произвести загружение образца. Зафиксировать на силоизмерительной шкале нагрузку, которую выдержал образец. Снять образец и изобразить вид разрушенного образца. Оформить отчет по прилагаемой форме. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 Отчет Испытание материалов на сжатие Цель работы. Испытательная машина……………………………………………………………… Измерительные приборы. Сжатие чугуна Схема образца до опыта Размеры Вид образца после опыта диаметр d = ……мм высота h = ……мм Площадь сечения А = ……… м 2 Разрушающая нагрузка Р пч =…………. Н Предел прочности = = σ 0 пч в(пч) А P ………..=…………..МПа Сжатие цементного камня Схема образца до опыта Размеры Вид образца после опыта Стороны образца a мм b = ………мм высота h = ……...мм Площадь сечения А = м Разрушающая нагрузка Р пч =…………. Н Предел прочности = = σ 0 пч в(пч) А P ………..=…………..МПа Сжатие дерева Вдоль волокон Схема образца до опыта Размеры Вид образца после опыта Стороны образца a мм b = ………мм высота h = …...…мм Площадь сечения А = ………… м 2 Разрушающая нагрузка Р пч =…………. Н Предел прочности = = σ 0 пч в(пч) А P ………..=…………..МПа Поперек волокон Схема образца до опыта Размеры Вид образца после опыта Стороны образца a мм b = ………мм высота h = мм Площадь сечения А = ………….м 2 Разрушающая нагрузка Р пч =…………. Н Предел прочности = = σ 0 пч в(пч) А P ………..=…………..МПа Выводы по работе. ………………………………………………………………………….………....…… ………………………………………………………………………….……...………. ………………………………………………………………………….………...……. Отчет принял …………………………….. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 Электротензометрирование и тарировка датчиков омического сопротивления Цель работы ознакомление с электрическим методом измерения механических величин – электротензометрированием и тарировкой проволочных тензометров. Общие сведения Электротензометрами называются электрические устройства, позволяющие измерить малые (упругие) деформации твердых тел, возникающие под действием силовых факторов. Электротензометры имеют ряд преимуществ по сравнению с другими тензометрами (рычажными, зеркальными высокую точность, чувствительность, возможность применения при динамических испытаниях. Электротензометр состоит из воспринимающего устройства (датчика омического сопротивления, источника питания и регистрирующего прибора измерительного моста с гальванометром. Главной частью воспринимающего устройства является проволочный датчик омического сопротивления – тензорезистор. Он представляет собой очень тонкую (10 ÷40 мкм) проволоку из константана (сплав меди с никелем) или нихрома (сплав никеля, железа и хрома, заклеенную в виде плоской решетки из нескольких петель между двумя листками тонкой бумаги (рис. Базой тензорезистора называется длина петель решетки (рис. 1). Наиболее распространены тензорезисторы с базой равной 5 мм, 10 мм, 20 мм и сопротивлением R = 50÷200 Ом. Для измерения деформаций тензорезистор приклеивается к очищенной поверхности детали специальным клеем так, что его проволочная решетка после полимеризации клея полностью воспринимает все деформации детали деформации детали и тензорезистора одинаковы. Выводные концы тензорезистора соединяются с регистрирующим прибором. Деформация исследуемой детали вызывает такую же деформацию решетки тензорезистора, в результате чего изменяются ее геометрические размеры и, следовательно, электрическое сопротивление. Изменение сопротивления тензорезистора обычно очень мало и составляет величину порядка 0,01 ÷0,1 Ом. Чтобы замерить такие малые изменения сопротивления необходимы совершенные регистрирующие приборы. Наибольшее распространение получили измерительные мосты (мост Уитстона), которые обладают высокой чувствительностью к изменению сопротивления одного из плеч моста. Мост состоит из четырех плеч − сопротивлений R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , соединенных между собой в виде четырехугольника (рис. 2). В одну из диагоналей схемы включен источник постоянного тока, а в другую гальванометр (Г. выводы деталь клей бумага Рис. 1 Ток, проходящий через гальванометр, можно определить, пользуясь законом Кирхгофа ) 1 ( , 3 2 1 4 2 1 4 3 1 4 3 2 4 2 3 где U − напряжение источника питания. Из формулы (1) видно, что если сопротивления R 1 , R 2 , R 3 , R 4 удовлетворяют соотношению ) 2 ( 4 2 3 то тока в гальванометре не будет. В этом случае говорят, что мост уравновешен или сбалансирован. В качестве сопротивления R 1 ив мост включены тензорезисторы. Тензорезистор с сопротивлением R 1 наклеен на исследуемую деталь и деформируется вместе с ней. Это рабочий тензорезистор. Сопротивление рабочего тензорезистора изменяется не только вследствие деформации детали, но и при изменении температуры. Для того, чтобы исключить влияние изменения температуры детали на показания прибора, во второе плечо моста включается такой же тензорезистор с сопротивлением R 2 (обычно R 1 = R 2 ), R 4 R 3 R 1 Г Рис. 2 который наклеен на вспомогательную пластинку из того же материала, что и испытываемая детально не подвергающуюся деформации. Деталь и пластинка с наклеенными на них тензорезисторами находятся в одинаковых температурных условиях, то есть в случае изменения температуры воздуха сопротивления R 1 и R 2 изменяются на одинаковую величину. При этом равенство (2) не нарушается. Мост остается уравновешенным. Сопротивление R 2 как бы компенсирует изменение сопротивления рабочего тензорезистора, возникшее вследствие изменения температуры. Поэтому тензорезистор называют компенсационным. Сопротивления R 3 , R 4 (рис. 2) выполнены в виде реохорда (реостата) со скользящим контактом. Перемещение контакта реохорда фиксируется на градуированной круговой шкале (на рисунке шкала не показана. Реохорд вместе с гальванометром смонтированы водном корпусе. Для того, чтобы замерять напряжения одновременно во многих точках детали в измерительных мостах установлены сразу несколько описанных выше схем – каналов. Известны десяти, двадцати, сорока и стоканальные тензомосты. Определение деформаций производится нулевым методом. Перед нагружением детали мост должен быть сбалансирован. Для этого изменяют соотношение сопротивлений R 3 :R 4 (перемещая контакт реохорда) до тех пор, пока не будет выполнено условие (2). Стрелка гальванометра при этом покажет ноль мост уравновешен. По шкале прибора берется первый отсчет n 1 . Далее нагружается деталь, которая деформируется вместе с наклеенным на ее поверхности рабочим тензорезистором. Сопротивление тензорезистора меняется. Условие (2) нарушается, в измерительной диагонали появляется токи стрелка гальванометра отклоняется от нуля. Производится вторичная балансировка моста – перемещением рукоятки реохорда до нулевого показания гальванометра. Записывается второй отсчет n 2 по шкале прибора. Разность отсчетов Δn = n 2 − n 1 , пропорциональна деформации тензорезистора, а следовательно, и деформации детали. Таким образом, если бы мы знали цену деления прибора, например, в единицах относительной деформации на одно деление − Кто могли бы вычислить относительную деформацию детали в направлении наклеенного тензорезистора: ε = К. Цена деления прибора устанавливается опытным путем, то есть путем тарировки. Тарировка датчиков Цель тарировки электротензометра состоит в том, чтобы установить какому напряжению или относительному удлинению соответствует одно деление шкалы прибора. Удобнее выражать цену деления в относительной деформации. В качестве эталона деформаций принята деформация осевого растяжения плоского стального образца (рис. 3). Сечение такого образца постоянно, поэтому во всех поперечных сечениях нормальные напряжения, возникающие от заданной нагрузки, будут одинаковыми на достаточном удалении от точек закрепления. В произвольном сечении образца нормальные напряжения определяются по формуле где А = b ⋅h. Относительная продольная деформация в том же произвольном сечении равна где Е – модуль Юнга материала детали. Зная ε, можно определить цену деления шкалы электротензометра по деформациям, она равна Из формулы (5) следует В случае линейного напряженного состояния нормальное напряжение определяется по формуле где К К ε ⋅Е – цена деления шкалы прибора по напряжениям, Па. Рис. 3 Порядок выполнения работы 1. На обе стороны полосы вдоль ее оси заранее наклеивается несколько тензорезисторов. 2. Каждый тензорезистор включается в схему тензомоста вместо рабочего сопротивления R 1 (рис. 2). 3. Подключая каждый тензорезистор последовательно к прибору, уравновешивают мост со шкалы снимают показания n 1 и заносят их в таблицу см. форму отчета. 4. Производится первая ступень нагружения тарировочной полосы силой Р. 5. Производится вторичное уравновешение моста и снимаются новые показания приборов n 2 . Подсчитывается приращение ∆n = n 2 − n 1 6. Производятся последующие ступени нагружения балки с записью показаний прибора в таблицу и подсчетом ∆n i (см. форму отчета. 7. Подсчитывается цена деления шкалы прибора , ср n K Δ ε = ε где Δn ср − среднее арифметическое приращение ∆n i на каждой ступени нагружения по всем тензорезисторам. 8. Определяется цена деления шкалы прибора К, Па К = К ε ⋅Е. 9. Оформляется отчет по прилагаемой форме. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 Отчет Электротензометрирование и тарировка датчиков омического сопротивления Цель работы. Испытательная машина……………………………………………………………… Измерительные приборы. Схема электротензометра Схема образца R 4 R 3 R 1 Г Рис. 1 тензометры 1 P 1 − 1 b II IV l Рис. 2 II I III P Размеры образцам см ; h = см. Модуль упругости Е = МПа Относительная деформация = Δ = ε bhE P …………….= Показания прибора Нагрузка Н) Отсчеты в делениях шкалы прибора Первый (I) тензорезистор Второй (II) тензорезистор Третий (III) тензорезистор Четвертый (IV) тензорезистор Δn ср на Р нагрузки =……………….. Цена деления шкалы тензометра = Δ ε = ε ср n K ………….=………. К = К ε ⋅Е Выводы по работе. ………………………………………………………………………….………....…… ………………………………………………………………………….……...………. ………………………………………………………………………….………...……. Отчет принял …………………………….. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 Растяжение стального образца с измерением упругих деформаций Цель работы экспериментальная проверка закона Гука при растяжении. Определение модуля Юнга и коэффициента Пуассона стали. Общие сведения В работе подвергается испытанию на растяжение плоский стальной образец в пределах упругих деформаций. На образце (рис. 1) установлены два продольных и два поперечных тензометра. Для измерения деформаций образца в работе используется электротензометрический метод, изложенный в лабораторной работе № 4. тензометры 1 P 1 − 1 b II IV l Рис. 1 II I III P 34 ∆n 1 ∆n 1 ∆n 1 ∆n 1 ∆n 1 ∆n 1 ∆ P ∆ P ∆ P ∆ P ∆ P P 0 Рис. 2 Проверка закона Гука Опытная проверка закона Гука при растяжении производится на основе экспериментально определенной диаграммы растяжения (рис, которая строится по результатам испытаний. Справедливость закона Гука устанавливается наличием на диаграмме прямолинейного участка. Определение модуля Юнга материала Модуль Юнга материала определяется по формуле закона Гука где Р – ступень нагрузки l – база тензометра продольной деформации А – площадь поперечного сечения образца Δl – абсолютное удлинение образца на отрезке длиной l. Зная среднее приращение отсчетов Δn 1cp электротензометра продольной деформации (из таблицы наблюдений) и цену деления прибора в относительной деформации на одно деление K ε , можно вычислить относительную продольную деформацию образца ) 2 ( ср 1 ε ⋅ Δ = Δ = ε K n l l Цена деления прибора – электротензометра устанавливается опытным путем (см. работу № 4). Подставляя в формулу (1) данные опыта (2), получим ) 3 ( ср 1 ε ⋅ Δ ⋅ Δ = K n A P E Определение коэффициента Пуассона Коэффициентом Пуассона или коэффициентом поперечной деформации называется отношение относительной поперечной деформации к относительной продольной деформации, взятое по модулю где μ – коэффициент Пуассона ε – относительная продольная деформация ε′ – относительная поперечная деформация. Относительная поперечная деформация образца вычисляется по формуле ) 5 ( , ср 2 ε′ ⋅ Δ = ε′ K n где Δn 2cp – среднее приращение отсчетов электротензометра поперечной деформации (берется из таблицы наблюдений K ε′ – цена деления электротензометра поперечной деформации. Если характеристики (база, цена деления) тензометров продольной и поперечной деформации одинаковы, то величина коэффициента Пуассона определяется по формуле ) 6 ( ср 1 ср 2 n n Δ Δ = μ Испытательная машина ГЗИП Работа выполняется на испытательной машине ГЗИП (рис 3), предельная нагружающая способность которой может быть 2 т (20 кН) и 5 т (50 кН). Образец 1 закрепляют в захваты 2 и 3. Нижний захват перемещается с помощью винта 4. Перемещение винта осуществляется рукояткой 5. Нагрузка измеряется силоизмерителем 6. Порядок выполнения работы Замерить размеры поперечного сечения образца b и h. Установить образец в захваты машины. 2 5 6 1 3 Рис. 3 37 Нагрузить образец начальной нагрузкой P 0 (для обжатия образца в захватах машины. Произвести начальные отсчеты по продольными поперечным тензометрам. Плавно увеличивать нагрузку одинаковыми ступенями до напряжения в образце, равного (0,80 ÷0,90)⋅σ пц . Одновременно на каждой стадии нагружения делать отсчеты по тензометрам. По окончании опыта разгрузить образец до нагрузки P 0 и снять контрольные отсчеты по тензометрам, которые должны совпадать с первоначальными. Выполнить отчет по прилагаемой форме. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 Отчет Растяжение стального образца с измерением упругих деформаций Цель работы. Испытательная машина……………………………………………………………… Измерительные приборы. Тензометры тип. марка. база l = мм Цена деления рычажного тензометра n = Цена деления электротензометра K ε = ………….... Схема образца с тензометром Размеры поперечного сечения образца b см h см А = b ⋅ h см P P I l l 1 тензометры h b 1 −1 Результаты наблюдений Нагрузка |