2.3. Физический эксперимент
Для двухпролетного неразрезного стержня (рис. 2.1) исследуем влияние положения промежуточной опоры на величину сжимающей силы. Решение задачи выполняется методом физического и численного эксперимента.
СИБАДИЛабораторная работа проводится на испытательном стенде
(см. рис. 2.1).
Стенд состоит из основания 1, опорных стоек 2 и присоединенных к ним неподвижных траверс 3 и 4, реверсивной рамы 5, к которой присоединен динамометр, соединенный с механизмом нагружающего устройства 7, выполненного в виде винтовой передачи. Верхний конец испытуемого стержня через опорный узел 9 неподвижно прикреплен к траверсе 4, другой конец стержня закреплен в опорном узле 10, прикрепленном к подвижной вдоль оси стержня развитой реверсивной рамке 5 нагружающего устройства 7 с ручкой 11. Установка снабжена промежуточной подвижной опорой 12, выполненной в виде двух призм, примыкающих к испытуемому стержню 8 и прикрепленных с помощью двух сменных пружин 13 к направляющим 14, 15 винтового механизма 16 перемещения опоры 12, одна из которых гладкая неподвижная 14, другая (вращающаяся на подшипниках качения) резьбовая 15. На стержень 8 наклеены с двух сторон тензорезисторы сопротивления 17, 18 ,19 включенные в тензоизмерительную систему попарно по полумостовой схеме. Контроль продольного усилия выполняется пьезоэлектрическим датчиком силы 20. Тензометрическая система через интерфейс соединена с ПЭВМ и графопостроителем. Испытываемый образец представляет собой гибкую стальную полосу.
2.4. Последовательность выполнения работы
Перед началом работ преподаватель дает пояснения к принципам работы и назначению всех элементов экспериментальной установки, способов закрепления испытываемых образцов и основные сведения о электротензометрии:
1. Ознакомиться с описанием установки и испытательным стендом. Вычертить схему стенда.
2. Закрепить испытуемый образец 8 в зажимах опорных устройств 9 и 10 строго вертикально.
3. Провести нагружение образца поэтапно, плавно вращая ручку 11 нагружающего устройства 7. На каждом этапе нагружения снять показания тензорезисторов сопротивления и занести в табл. 2.1.
24
СИБАДИ |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.1 |
|
|
Номер |
На- |
Т1, |
1Т1, |
Т2, |
1Т2, |
Т3, |
1Т3, |
Т4, |
1Т4, |
Т5, |
1Т5, |
|
этапа |
груз- |
ЕОД |
ЕОД |
ЕОД |
ЕОД |
ЕОД |
ЕОД |
ЕОД |
ЕОД |
ЕОД |
ЕОД |
|
|
ка Р, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кгс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25
|
2.5. Обработка результатов испытаний |
|||||
В процессе проведения испытаний получены результаты тензомет- |
||||||
рии при различных вариантах закрепления стержней, которые обрабаты- |
||||||
ваются по нижеуказанной последовательности: |
|
|
|
|||
1. Определить разности отсчета показаний тензорезисторов сопро- |
||||||
тивления по формуле |
|
Tij Ti1, |
|
|
(2.1) |
|
|
|
Tij |
|
|
||
где i – номер тензодатчика сопротивления; j – номер этапа нагружения. |
||||||
Занести результат в табл. 2.1. |
|
|
|
|
||
2. Рассчитать величину изгибных деформаций в поперечных сече- |
||||||
ниях стержня по формуле |
ij c Tij . |
|
|
(2.2) |
||
|
|
|
|
|||
3. Построить диаграмму «нагрузка – изгибная деформация» для од- |
||||||
ного или нескольких тензорезисторов, наклеенных |
в пролете стержня |
|||||
(рис. 2.2). Критическая сила потери устойчивости, характеризуемая как |
||||||
нагрузка, при которой наблюдается интенсивное возрастание изгибных |
||||||
деформаций, может быть определена как ордината точки пересечения ка- |
||||||
сательных, проведенных к начальному и конечному участкам диаграммы |
||||||
«нагрузка – изгибная деформация». |
|
|
|
|
||
35 |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
-41.25 -48.75 |
-52.5 |
-48.75 -26.25 |
37.5 |
375 |
2317.5 |
Рис. 2.2. Пример диаграммы «нагрузка – изгибная деформация» |
||||||
для сжатого стержня (обработка по методу касательных |
|
|||||
|
с использованием Ecel; Ркр = 28) |
|
|
|||
Для определения численного значения критической силы может |
||||||
быть также использована программа численного расчета на ПЭВМ орди- |
||||||
наты точки пересечения прямых, характерных для участка диаграммы с |
||||||
максимальным коэффициентом аппроксимации. |
|
|
|
|||
СИБАДИ |
||||||
|
|
|
26 |
|
|
|
Величина критической силы фиксируется по показанию динамометра 6.
4. Сделать вывод о величине критической сжимающей силы для неподкрепленного стержня.
2.6.Демонстрация повышения устойчивости стержня
содной промежуточной опорой
После проведения и обработки результатов испытания проводят демонстрацию возможности повышения устойчивости стержня:
1.Установить призмы промежуточной подвижной опоры с помощью крепежных винтов на направляющих винтового механизма перемещения опоры (см. рис. 2.1).
2.Плавно перемещая опору по направляющим винтового механизма перемещения, зафиксировать ее в положении I (l1=L/3).
3.Провести загружение образца поэтапно, плавно вращая ручку нагружающего устройства. Снять показания тензорезисторов и занести в табл. 2.1.
4.Обработку результатов произвести аналогично пунктам 1–4 предыдущего подраздела.
5. Перемещая промежуточную опору в положения II (l1=L/2) и
III(l1=L/3), повторить этапы загружения и обработки результатов.
6.Сравнить полученные результаты и сделать вывод об эффективности регулирования устойчивости в двухпролетной балке изменением положения промежуточной опоры.
СИБАДИ2.7. Численный эксперимент
Для выполнения теоретического расчета заменим физическую модель расчетной схемой стержня, защемленного одним концом и имеющего шарнирное опирание на другом.
Последовательность проведения численного эксперимента:
1. Выбрать основную систему для решения задачи по методу перемещений (рис. 2.3).
n ny nл 1 0 1.
Рис. 2.3. Основная система
27