МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З ОПОРУ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ СТУДЕНТІВ УСІХ НАПРЯМІВ ПІДГОТОВКИ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ПОЛТАВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ЮРІЯ КОНДРАТЮКА

Кафедра залізобетонних і кам’яних конструкцій та опору матеріалів

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З ОПОРУ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ СТУДЕНТІВ УСІХ НАПРЯМІВ ПІДГОТОВКИ

Полтава 2011

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з опору матеріалів для студентів напрямів підготовки: 6.060101 – Будівництво, 6.060103 – Гідротехніка (Водні ресурси), 6.070106 – Автомобільний транспорт, 6.050702 – Електромеханіка, 6.050304 – Нафтогазова справа, 6.060102 – Архітектура, 6.050502 – Інженерна механіка, 6.050503 – Машинобудування. – Полтава : ПолтНТУ. – 2011. – 39 с.

Укладачі: А.В. Гасенко, доцент, канд. техн. наук;

О.Г. Фенко, доцент, канд. техн. наук

Відповідальний за випуск: завідувач кафедри залізобетонних і кам’яних конструкцій та опору матеріалів А.М. Павліков, доктор техн. наук, професор

Рецензенти: В.В. Муравльов кандидат техн. наук, доцент кафедри залізобетонних і кам’яних конструкцій та опору матеріалів;
А.М. Пащенко кандидат техн. наук, доцент, кафедри будівельної механіки

Затверджено науково-методичною

радою університету

Протокол № 3 від 30.05.2011 р.

Редактор Н.В. Жигилій

Верстка А.В. Гасенко

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

Експериментальна сторона опору матеріалів, як науки про міцність, жорсткість і стійкість елементів конструкцій та машин, має не менш важливе значення, ніж теоретична. Досліди, що виконуються в курсі опору матеріалів, можна розділити на дві основні групи: 1) досліди з вивчення механічних властивостей матеріалів; 2) досліди з перевірки гіпотез й остаточних формул теорії.

На дослідах першого типу студенти вивчають методику механічних випробувань матеріалів, ознайомлюються із стандартами цих випробувань, вимірювальними приладами, випробувальними машинами.

У результаті дослідів другого типу студенти повинні переконатися, що теоретичні розрахунки за формулами опору матеріалів достатньо добре узгоджуються з дослідними даними, незважаючи на деяку неминучу розбіжність.

Методичні вказівки призначені для студентів для їх підготовки до чергового заняття, для самостійної обробки результатів дослідів і для підготовки до заліку.

Методично найбільш прийнятним слід уважати, аби кожна робота виконувалася бригадою студентів у складі не більше ніж 4–5 чоловік. Перш ніж допустити бригаду до роботи, викладач шляхом швидкого опитування повинен установити готовність усіх студентів до її виконання.

Кожен студент має знати мету роботи, розмірність визначуваних величин, приблизне значення їх (порядок) для деяких найбільш застосовуваних матеріалів, формули, за якими ті або інші величини визначаються аналітично, назву і принцип дії використовуваних приладів.

Якщо отримані задовільні результати, замальований ескіз зразка і побудовані графіки (коли це необхідно), викладач підписує роботу кожної бригади студентів окремо.

ОСНОВНІ ВИМОГИ ДО СТУДЕНТІВ
ПРИ ВИКОНАННІ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

1. Відвідування занять без пропусків і запізнень.

2. Перед початком лабораторних занять кожний студент повинен ознайомитися зі змістом майбутньої лабораторної роботи і брати активну участь у проведенні дослідів.

3. Результати дослідів кожен студент опрацьовує самостійно та старанно оформляє в журналі.

4. По завершенні кожного досліду, після занесення в журнал даних спостережень і виконання всіх стосовних до роботи розрахунків, журнал повинен бути пред’явлений до закінчення лабораторних занять керівникові для підпису, який засвідчує, що робота прийнята.

5. Студенти не мають права включати механізми і користуватися вимірювальною апаратурою без відповідного інструктажу й дозволу керівника занять.

Лабораторна робота № 1

ВИЗНАЧЕННЯ МОДУЛЯ ПОЗДОВЖНЬОЇ ПРУЖНОСТІ ТА КОЕФІЦІЄНТА ПОПЕРЕЧНОЇ ДЕФОРМАЦІЇ ПРИ РОЗТЯЗІ ЗРАЗКА

Мета роботи: перевірити закон Гука, визначити значення модуля поздовжньої пружності Е і коефіцієнта поперечної деформації ν (коефіцієнт Пуассона), що являє собою відношення відносної поперечної деформації ε^’ до відносної поздовжньої деформації ε.

1.1. Загальні відомості

Вихідним положенням для визначення модуля поздовжньої пружності Е є закон Гука, що виражається формулою

. (1.1)

З формули (1.1) модуль поздовжньої пружності . Таким чином, для визначення модуля поздовжньої пружності Е необхідно знати значення σ і ε.

Нормальне напруження а визначається з відношення , де ΔF –значення прийнятого в досліді одного ступеня навантаження; ΔА – площа поперечного перерізу випробовуваного зразка.

Відносні лінійні деформації ε (поздовжню) та ε^‘ (поперечну) вимірюють тензодатчиками Т-1 і Т-2 (наклеєними вздовж осі зразка), а також Т-3 і Т-4 (наклеєними перпендикулярно до осі зразка (див. рис. 1.1)).

Тензодатчики являють собою константановий (або ніхромовий) дріт діаметром 35...50 мкм, наклеєний на паперову або плівкову основу (рис. 1.2, а). Паралельні ділянки дроту утворюють базу датчика. Датчики наклеюють на випробовуваний елемент клеєм БФ-2.

При деформації випробуваного елемента деформується і решітка датчика. Відбувається розтяг або стиск дроту датчика, а отже, й зміна його омічного опору.

Зміна опору датчика реєструється спеціальним електронним приладом – вимірювачем деформацій (АИД-2М), де зміна опору перетворюється в деформації.

Робота вимірювачів деформації основана на властивостях моста Уітстона (рис. 1.2, б). Відомо, що при виконанні умови різниця потенціалів у точках 1 і 2 дорівнює нулю – міст урівноважений.

При зміні, наприклад, опору R_A, яким є тензодатчик, між точками 1 і 2 з’являється різниця потенціалів. Міст стає неврівноваженим. Різниця потенціалів подається на вимірювальний прилад (ВП), у якому сигнал посилюється і перетворений передається на електродвигун (ЕД). ЕД за допомогою сполученого з ним резистора R₁ виводить міст у рівновагу. З ЕД сполучені також стрілки шкали, переміщення яких у кінцевому рахункові залежить від зміни опору R_A. Шкала приладу відтарована в одиницях відносної деформації ε. Ціна поділки шкали – 1×10^-⁵ одиниць відносної деформації.

а)

б)

Рис. 1.2. Основи тензометрії: а) будова тензодатчика; б) резисторний міст Уітстона

Рис. 1.1. Схема розміщення тензодатчиків

При вимірюванні деформацій можуть бути використані й інші марки приладів такого ж принципу дії, наприклад ИДЦ-1 (вимірювач деформацій цифровий).

За нормами і технічними умовами проектування сталевих конструкцій, модуль поздовжньої пружності для прокатної сталі й сталевого листа всіх марок Е=210000МН/м² =2,1×10^-⁵ МН/м².

1.2. Визначення вихідних даних

1. Обміряти прийнятий для досліду зразок (рис. 1.3).

2. Прийняти границю пропорційності σ_pr = 200 МН/м².

3. Навантаження, що відповідає границі пропорційності, визначити за
формулою .

Рис. 1.3. Розміри дослідного зразка

1.3. Проведення досліду

1. Закріпити в затискувачах машини випробовуваний зразок.

2. Навантажити зразок першим ступенем навантаження F₁ = 10 кН (1000 кг).

3. Зробити перший відлік за всіма тензодатчиками. Відліки записати в журнал спостережень. Далі збільшувати навантаження до прийнятого значення F рівними ступенями по ΔF і відповідно до кожного ступеня знімати відліки, заносячи їх у журнал спостережень.

4. Знявши останні відліки при прийнятому навантаженні F_P, розвантажити зразок до початкового навантаження F₁. Звірити відліки за всіма тензодатчиками із записаними в журналі для навантаження F₁. У випадку значної розбіжності контрольних відліків із початковими дослід варто повторити.

1.4. Опрацювання даних досліду

1. За кожним тензодатчиком у журналі спостережень визначити приріст деформацій та відповідно до ступенів навантаження .

2. Для кожного ступеня навантаження визначити півсуму приростів за формулами і .

3. Із одержаних приростів обчислити середньоарифметичний приріст .

4. Напруження у випробовуваному зразкові, що відповідає одному ступеню навантаження , кН: . Дослідне значення модуля поздовжньої пружності .

5. Коефіцієнт поперечної деформації .

1.5. Висновки

При відхиленнях значення модуля поздовжньої пружності, одержаного дослідним шляхом, від нормативного в межах 5% можна вважати, що дослід проведений із достатньою точністю. Коефіцієнт Пуассона для сталі коливається в межах 0,25...0,33.

1.6. Побудова діаграми розтягу за даними спостереження

Для навантаження 0…ΔF розмір деформації зразка не вимірювався. Приймаємо для нього значення деформації, рівне .

У журналі спостережень підрахувати ддя кожного ступеня навантаження повне значення збільшень деформацій, наприклад:

для 10 кН (10×10^-3 МН) повне значення приростів деформацій дорівнює ;

для 20 кН (10×10^-3 МН) повне значення приростів деформацій дорівнює плюс відповідна півсума збільшень цього ступеня;

для 30 кН (10×10^-3 МН) повне значення приростів деформації дорівнює повному збільшенню попереднього ступеня плюс відповідна півсума приростів цього ступеня і т.д.

Прийнявши вертикальний та горизонтальний масштаби, накреслити діаграму розтягу, спрямовуючи по вертикальній осі значення напружень, а по горизонтальній осі відповідні значення деформацій.

Побудований графік у координатах σ і ε повинен являти собою пряму лінію, що й підтверджує достовірність закону Гука.

Лабораторна робота № 2

ВИПРОБУВАННЯ СТАЛЕВОГО ЗРАЗКА НА РОЗТЯГ ДО РОЗРИВУ

Мета роботи: визначати механічні характеристики сталі, тобто величини, що характеризують міцність і пластичність, матеріалу; вивчити діаграми розтягу сталевого зразка з її характерними точками та визначити марку сталі.

Дослідженню піддається сталевий зразок круглого поперечного перерізу стандартних розмірів (див. рис. 1.3).

2.1. Загальні відомості

У межах розрахункової довжини на зразку через кожний сантиметр наносять мітку для того, щоб простежити розподіл розтягу по довжині зразка. Дослід проводять на універсальній випробувальній машині потужністю 500 кН типу УИМ-50 м, яка має пристрій для автоматичного креслення діаграми розтягу, тобто графіка, що зв’язує навантаження і деформацію зразка в процесі його розтягу до моменту розриву.

Масштаби одержуваної діаграми: вертикальний – у кожному 1 мм діаграми – 3 кН навантаження; горизонтальний – у кожному 1 мм діаграми – 0,5 мм видовження.

2.2. Установлення зразка і проведення досліду

Перед установленням зразка вимірюють його розрахункову довжину l і діаметр d. За результатами обмірювання обчислюють площу поперечного перерізу.

Потім зразок закріпляють у затискувачах машини. Перед початком випробувань перевіряють пристрій для автоматичного креслення діаграми розтягу. Після цього зразок безупинно навантажують до моменту розриву. В процесі випробувань автоматично отримується діаграма розтягу (рис. 2.1).

Перша частина діаграми до точки К являє собою пряму лінію, що вказує на прямопропорційну залежність між навантаженням і деформацією відповідно до закону Гука. Ордината точки К діаграми відповідає навантаженню , розділивши яке на початкову площу перерізу зразка, знайдемо границю пропорційності випробуваного матеріалу , тобто те граничне напруження, після якого порушується справедливість закону Гука.

Рис. 2.1. Діаграма розтягу сталі

Вище від точки К знаходиться точка В, яка відокремлює границю пружних деформацій зразка. Ордината точки діаграми відповідає . Напруження, що відповідає навантаженню, до якого зразок зазнає тільки пружних деформацій, називається границею пружності .

Практично точки К і В настільки близькі одна до одної, що звичайно приймають границю пружності та границю пропорційності збіжними.

При збільшенні навантаження (вище від точки К) закон Гука порушується, і деформація починає зростати швидше за навантаження; тепер діаграма набуває криволінійного вигляду випуклістю вгору.

Напруження, що відповідає стану зразка, коли деформація збільшується майже без збільшення навантаження (матеріал тече), яке характеризується площадкою текучості на діаграмі – СС₁, називається границею текучості й визначається за формулою , де – навантаження, що відповідає границі текучості. Розрізняють верхню і нижню границю текучості. Для практичного застосування варто визначати нижню границю текучості .

За площадкою текучості діаграма знову йде вгору по кривій. Навантаження знову починає зростати і досягає свого найбільшого значення, після чого зменшується до моменту розриву зразка.

Найбільше навантаження, досягнуте в процесі випробування, називається навантаженням, що відповідає границі міцності, а напруження, викликане цим навантаженням, називається границею міцності, або тимчасовим опором матеріалу, і визначається за формулою .

Під час досліду фіксується навантаження в момент розриву , котре менше, ніж навантаження, що відповідає границі міцності . Умовне напруження в момент розриву , де А – початкова площа поперечного перерізу зразка.

2.3. Опрацювання результатів випробувань

Для вимірювання розрахункової довжини зразка після розриву l₁ обидві його частини складають по довжині й вимірюють відстань між крайніми мітками (l₁ > l₀). Щоб простежити розподіл видовженні зразка за його розрахунковою довжиною, вимірюють довжини всіх поділок (відстань між мітками).

Діаметр зразка після випробовувань d₁ вимірюють у місці розриву і за ним визначають площу зразка в місці розриву А₁. Напруження в момент розриву , де А₁ – площа поперечного перерізу шийки зразка в місці розриву.

Знаючи довжину зразка до і після розриву, знаходять залишкове абсолютне видовження Δl = l₁ – l. Виразивши відносне залишкове видовження зразка ε після розриву в процентах, знаходять величину, яка характеризує пластичність матеріалу . Інша характеристика пластичності – відносне звуження площі зразка після розриву, виражене у процентах: , де абсолютне звуження площі = А–А₁.

Залежно від величини границі текучості, границі міцності (характеристики міцності) та відносного залишкового видовження (характеристика пластичності), одержаних із досліду, визначають марку сталі за ГОСТ 380-94.

Крім знайдених раніше значень напружень і розмірів деформацій, які характеризують міцність та пластичність матеріалу, для оцінки якості випробовуваної сталі важливо визначити також кількість роботи, витраченої на розрив зразка. Чим більшу роботу потрібно затратити для розриву зразка, тим більше енергії може поглинути матеріал не руйнуючись і тим краще він буде чинити опір ударним навантаженням.

З діаграми розтягу визначають роботу, витрачену на розрив зразка W_розр, що відповідає повній площі діаграми розтягу з урахуванням масштабів, кНм: , де – площа діаграми; – вертикальний і горизонтальний масштаби діаграми розтягу.

Щоб одержати величину, яка характеризує не опір зразка, а опір матеріалу, необхідно підрахувати питому роботу, витрачену на розрив , де V – об’єм зразка в межах розрахункової довжини l₀ , (м3).

Теоретичне значення питомої роботи . Питома робота, витрачена на розтяг зразка до границі пружності (при ): , де Е – модуль нормальної пружності, Е = 2,1× 10 МПа.

2.4. Діаграма видовжень по довжині зразка

Після випробувань вимірюють видовження кожної ділянки розрахункової довжини зразка (довжина кожної ділянки 10 мм) і будують діаграму розподілу видовжень по довжині зразка, виражену в процентах.

На цій діаграмі в масштабі зображують зразок у межах розрахункової довжини і відповідно до кожної ділянки (сантиметра) довжини зразка по вертикалі відкладають відносне видовження у процентах.

Лабораторна робота № З

ВИПРОБУВАННЯ НА СТИСК ДО РУЙНУВАННЯ
ЧАВУННОГО ЗРАЗКА

Мета роботи: вивчити властивості крихкого матеріалу при стиску до руйнування і визначити його механічні характеристики.

3.1. Загальні відомості

Для крихких матеріалів випробування на стиск – основний вид випробовувань. Їх опір стиску значно вищий, ніж розтягу. Наприклад, для сірого чавуну , де – границя міцності стиску; – границя міцності на розтяг. Тому крихкі матеріали використовують переважно в конструкціях, які працюють на стиск. Для їхнього розрахунку на міцність необхідно знати характеристики матеріалу, що одержуються при випробуваннях на стиск.

Границю міцності визначають за основною формулою опору матеріалів на розтяг і стиск , де – найбільше навантаження на зразок, одержане з досліду; А – площа поперечного перерізу зразка до випробування.

Допустимі напруження для чавуну , де К – коефіцієнт запасу міцності, який приймається рівним 3...5.

Знаючи висоту зразка до випробування і вимірявши її після випробування, визначають відповідно абсолютне й відносне укорочення за формулами: , ,

де h і h₁ – висота зразка відповідно до та після випробування.

3.2. Проведення досліду

Випробування проводять на універсальній випробувальній машині УИМ-50м. Для досліду беруть циліндричний зразок із відношенням розмірів h/d = 1,5...2,5. Після ретельного обмірювання штангенциркулем зразок установлюють між плитами випробувальної машини.

Випробовування здійснюють стиском зразка безупинно і плавно зростаючим навантаженням. При цьому пишучий прилад креслить діаграму стиску.

Деформації чавуну дуже малі, із самого початку не підпорядковуються закону Гука, тому діаграма криволінійна. Проте ділянка діаграми, яка відповідає малим значенням напруження, лише незначно відрізняється від прямої.

До кінця випробування діаграма все більше скривлюється, досягає максимуму і різко обривається в момент руйнування зразка.

При стиску чавунний зразок набуває бочкоподібної форми внаслідок тертя торцевих поверхонь зразка об опори преса та наявності невеликих пластичних деформацій.

Чавунний зразок руйнується в результаті утворення похилих паралельних тріщин по площадках, у яких діють найбільші дотичні напруження.

Опрацювання результатів досліду зводиться до визначення механічних характеристик підстановкою одержаних цифрових даних у формули, наведені в лабораторній роботі № 3 журналу. Оформлення роботи закінчують побудовою діаграми стиску і рисунком зразка (в аксонометрії) після випробування з показом характеру руйнування.

3.3. Висновки

При випробуванні чавунного зразка на стиск руйнування відбувається раптово, чим і пояснюється різке падіння навантаження на діаграмі, що характерне для крихких матеріалів. Руйнування відбувається по площинах дії найбільших дотичних напружень.

Лабораторна робота № 4

ВИПРОБУВАННЯ НА СТИСК ДО РУЙНУВАННЯ ДЕРЕВ’ЯНИХ ЗРАЗКІВ

Мета роботи: вивчити властивості анізотропного матеріалу при стиску та визначити його механічні характеристики.

4.1. Загальні відомості

Дерево – анізотропний матеріал, який має різні властивості в різних напрямках. Опірність деревини істотно залежить від напрямку сили відносно напрямку волокон.

При стиску дерева вздовж волокон границя міцності приблизно в 10 разів більша, ніж при стиску впоперек волокон, а деформація значно менша. Границя міцності дерева вздовж волокон , де – найбільше навантаження, що передує руйнуванню; А – початкова площа поперечного перерізу зразка.

Для дерева при навантаженні впоперек волокон визначається умовна границя міцності , де – умовне навантаження, що визначається за шкалою силовимірювача в момент, коли висота зразка зменшується на 1/3; А – початкова площа поперечного перерізу зразка.

4.2. Проведення досліду

Випробування проводять на універсальній випробувальній машині
УИМ-50м. Для випробування беруть два зразки вздовж і впоперек волокон розмірами 60 х 60 х 90 мм.

Перед проведенням досліду перевіряють розміри сторін зразків та записують у журнал. Потім установлюють зразок між плитами преса і випробують на стиск безупинно зростаючим навантаженням. Діаграмний апарат креслить діаграму стиску.

Дерево при стиску вздовж волокон руйнується при невеликих деформаціях. Після досягнення найбільшого навантаження зразок починає руйнуватися, а навантаження падає.

Руйнування характеризується утворенням поперечних складок і зминанням торців. У випадку наявності сучків можуть з’являтися поздовжні тріщини.

Аналогічно випробовують другий зразок на стиск упоперек волокон. У випадку навантаження впоперек волокон утворюються значні деформації. За відсутності дефектів деревини, руйнування звичайно не спостерігається, зразок лише спресовується. Значне зростання деформацій майже без збільшення навантаження дозволяє вважати, що несуча здатність зразка вичерпана. За руйнуюче навантаження умовно приймається таке, при якому висота зразка зменшується на 1/3. Щоб зафіксувати це навантаження, необхідно весь час вимірювати висоту зразка.

Діаграма стиску зразка впоперек волокон спочатку йде по похилій прямій до навантаження , а потім перетворюється в криву.

Опрацювання результатів досліду зводиться до визначення механічних характеристик, які вимагаються в журналі, підстановкою дослідних даних у формули, наведені в лабораторній роботі № 4.

Оформлення роботи закінчують побудовою діаграм стиску і зарисовкою зразків (в аксонометрії) після випробувань.

4.3. Висновки

Випробовувані зразки деревини мають різну міцність при стиску вздовж і впоперек волокон внаслідок анізотропності матеріалу. Міцність деревини вздовж волокон значно перевищує її міцність упоперек волокон.

Лабораторна робота № 5

ВИПРОБУВАННЯ НА ЗРІЗ СТАЛІ ТА ДЕРЕВА

Мета роботи: визначити механічні характеристики і вивчити характер руйнування на зріз сталевого й дерев’яних зразків.

5.1. Загальні відомості

Теорія чистого зсуву визначає допустиме дотичне напруження для м’якої сталі приблизно в 60% допустимого нормального напруження (енергетична теорія міцності).

Проте більшість працюючих на зріз елементів конструкцій (болти, заклепки і т.п.) знаходяться в більш складних умовах, ніж чистий зсув. Крім зрізу, вони зазнають деформації згину, зминання та розтягу, крім дотичних, виникають ще й нормальні напруження.

Тому призначення допустимих напружень повинне базуватися на експериментальних дослідженнях міцності окремих елементів і цілих конструкцій при завантаженнях, близьких до умов роботи деталі на зріз у реальних конструкціях.

5.2. Проведення й опрацювання результатів досліду

Випробування проводять на універсальній випробувальній машині УИМ-50м. Для випробування на зріз застосовують зразки круглого поперечного перерізу: сталевий діаметром 20 мм та довжиною 100 мм і два дерев’яних, із яких один – сосновий, а другий – дубовий, кожний діаметром 25 мм та довжиною 100 мм.

Вимірюють діаметр зразка і вставляють його в кільця спеціального пристрою, що забезпечує зріз зразка по двох площинах.

Пристрій зі зразком установлюють у випробувальну машину, за допомогою якої створюють поступово зростаюче навантаження. На шкалі силовимірювача фіксують найбільше значення навантаження, що приймають за руйнуюче. При випробуванні кожний зразок розрізається на три частини.

На деформованих частинах сталевого зразка помітні сліди зминання і незначного згину.

Для дерев’яних зразків додаткові деформації згину та розтягу викликають розрив волокон; змінюється форма перерізу внаслідок зминання.

Опрацювання результатів досліду зводиться до визначення границі міцності при зрізі та допустимого напруження. Границя міцності при зрізі ,де, – руйнуюче навантаження; 2А – подвійна площа поперечного перерізу зразка до випробування. Допустиме напруження при зрізі , де К – коефіцієнт запасу міцності.

Оформлення роботи закінчують зарисовкою зразків (в аксонометрії) після випробування з указівкою характеру руйнування.

Лабораторна робота № 6

ВИПРОБОВУВАННЯ ДЕРЕВ’ЯНИХ ЗРАЗКІВ НА СКОЛЮВАННЯ

Мета роботи: визначити механічні характеристики для деревини при зсуві й вивчити особливості її роботи на сколювання.

6.1. Загальні відомості

Елементи в дерев’яних конструкціях працюють на такі види зсуву:

а) сколювання вздовж волокон, коли сили спрямовані паралельно волокнам;

б) сколювання впоперек волокон, коли сили спрямовані нормально волокнам;

в) сколювання під кутом.

Як правило, деревина найкраще чинить опір сколюванню вздовж волокон і гірше всього – впоперек волокон. Опір сколюванню під кутом приймає, проміжне значення.

6.2. Проведення й опрацювання результатів досліду

Випробування проводять на РМ-500 або на УМ-5. Для досліду беруть два дерев’яних стандартних за формою і розмірами зразки, один із яких виготовлений для випробування волокон, а другий – упоперек.

Випробовуваний зразок поміщають у спеціальний пристрій, що складається з металевої скоби з настановним гвинтом і двох сталевих брусків. Пристрій зі зразком установлюють у випробувальну машину. Випробувальною машиною створюють поступово зростаюче стискаюче навантаження на зразок та найбільше його значення в момент руйнування фіксують за шкалою силовимірювача. При проведенні випробувань уздовж і впоперек волокон необхідно звернути увагу на крихкий характер руйнування деревини, що відбувається без помітних залишкових деформацій.

Опрацювання результатів досліду зводиться до визначення механічних характеристик деревини на сколювання, підстановкою одержаних даних у формули, наведені в лабораторній роботі № 6 журналу. Оформлення роботи закінчують зарисовкою в аксонометричній проекції зразків після випробування.

Лабораторна робота № 7

ВИЗНАЧЕННЯ МОДУЛЯ ЗСУВУ ПРИ КРУЧЕННІ

Мета роботи: перевірити закон Гука при крученні та визначити модуль зсуву G.

7.1. Загальні відомості

Закон Гука при крученні стержнів круглого поперечного перерізу виражається формулою , де – крутний момент, кНм; l – відстань між перерізами, взаємний кут повороту яких визначають; G – модуль зсуву ( ), МПа; І_р– полярний момент інерції перерізу, м⁴.

Найбільший крутний момент для матеріалу зразка в межах його пружної роботи , де – полярний момент опору, ; – границя пропорційності або найбільше напруження, для якого справедливий закон Гука.

Щоб перевірити справедливість закону Гука і переконатися, що рівним збільшенням моменту відповідають рівні збільшення деформації навантаження варто нарощувати рівними ступенями. У роботі роблять 4-5 завантажень зразка.

Один ступінь навантаження , де – прийнята кількість ступенів навантаження зразка.

7.2. Проведення досліду

Круглий зразок діаметром d = 28 мм закріплюють у затискувачах машини КМ-50.

Рис. 7.1. Кутомір Бояршинова

Потім, надаючи крутному моменту наступні збільшення , знову роблять відліки за приладом і обчислюють приріст ΔС.

По закінченні досліду зразок розвантажують до значення навантаження першого ступеня і роблять контрольний відлік, що при задовільному проведенні досліду повинен збігатися з початковим.

7.3. Результати досліду

Збільшення кута закручування , де – відстань від осі зразка до точки виміру його деформацій індикатором кутомірною приладу (див. рис. 7.1).

Дослідне значення модуля зсуву визначають за середнім значенням збільшення кута закручування і порівнюють з теоретичним значенням модуля зсуву для сталі: G = (0,8 – 0,84)·10⁵, МПа.

Для встановлення характеру залежності між крутним моментом, викликаним кутом закручування, в журналі спостережень підраховують кути закручування, які відповідають кожному ступеню навантаження, і будують діаграму кручення по точках. По осі ординат відкладають значення крутних моментів, а по осі абсцис – відповідні їм значення кутів закручування.

При ретельному проведенні досліду одержувані на діаграмі точки розташовуються приблизно на одній прямій, чим і підтверджують справедливість закону Гука при крученні – пропорційність між крутними моментами і викликаними ними деформаціями .

Лабораторна робота № 8

ВИЗНАЧЕННЯ МОДУЛЯ ПРУЖНОСТІ ПРИ СТИСКУ
ГВИНТОВОЇ ПРУЖИНИ

Мета роботи: визначити експериментальним шляхом модуль пружності зсуву G для сталі при стиску гвинтової пружини і порівняти одержані результати з теоретичними.

8.1. Загальні відомості

При стиску або розтягу гвинтової пружини її матеріал працює на зріз і кручення (рис.8.1).

Рис.8.1. Схема установки для випробування гвинтової пружини

Зміна висоти пружини під дією стискаючої або розтягуючої сили F виражається формулою

, (8.1)

де: R, r – радіуси відповідно витка пружини і його поперечного перерізу;

n – кількість витків (у цьому досліді n = 1 );

G – модуль пружності при зсуві (або модуль пружності другого роду).

Заміряючи при проведенні досліду зміну висоти пружини (деформацію) під дією стискаючої сили F, із формули (8.1) визначаємо дослідне значення модуля пружності другого роду

. (8.2)

Формула (8.1) одержана в припущенні, що деформацією від зсуву можна знехтувати. Отже, мета досліду полягає в підтвердженні правильності припущень.

8.2. Визначення вихідних розрахункових даних

1. Заміряти прийняту для досліду пружину. Визначити радіус витка пружини R і радіус поперечного перерізу її витка r у сантиметрах.

2. Визначити теоретичне значення модуля пружності при зсуві, виведене з розгляду випадку чистого зсуву:

, (8.3)

де Е – модуль поздовжньої пружності першого роду (для сталі Е = 2,1·10⁵ МПа); ν =0,27...0,30 – коефіцієнт Пуассона.

3. Міцність пружини розрахована на повну її деформацію, тобто на стиск її виток до витка. Для досліду прийняте повне навантаженню F = 20кН (2000 кг), зручне для проведення досліду, що відповідає деформації, рівній 3 мм.

8.3. Проведення досліду

Дослід проводять на універсальній машині потужністю 500 кН (50000 кг). Деформації пружини замірюють двома індикаторами для усунення впливу можливого позацентрового приклад

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒