2184
.pdf
А.А. Воропаев Ф.Х. Томилов Д.В. Хван В.А. Рябцев
СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Учебное пособие
Воронеж 2017
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
А.А. Воропаев Ф.Х. Томилов Д.В. Хван В.А. Рябцев
СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Утверждено учебно-методическим советом университета в качестве учебного пособия
Воронеж 2017
УДК 539.3/7
Сопротивление материалов. Лабораторные работы: учеб. пособие / А.А. Воропаев, Ф.Х. Томилов, Д.В. Хван, В.А. Рябцев. Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017. 98 с.
Учебное пособие включает лабораторные работы по основным темам дисциплины «Сопротивление материалов». Цикл работ разбит на три основных раздела и преследует следующие цели: ознакомление студентов с методиками проведения испытаний по определению механических характеристик материалов; изучение метода электротензометрирования; проверка некоторых теоретических формул и соотношений сопротивления материалов.
Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по специальностям 24.05.02 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей» и 24.05.07 «Самолето-и вертолетостроение».
Табл. 10. Ил. 35. Библиогр.: 10 назв.
Рецензенты: кафедра теоретической и прикладной механики Московского государственного университета путей сообщения Императора Николая II (Воронежский филиал МИИТ) (д-р техн. наук, проф. В.С. Семеноженков); канд. техн. наук, доц. Ю.Б. Рукин
©Воропаев А.А., Томилов Ф.Х., Хван Д.В., Рябцев В.А., 2017
©Оформление. ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017
ВВЕДЕНИЕ
У истоков любой науки находится человеческий опыт, наблюдения. Сделав какие-либо предположения об условиях повторения изучаемого явления, человек обязательно убеждается экспериментально в правильности сделанных предположений. В сопротивлении материалов изучаемые явления существенно упрощаются, идеализируются, схематизируются и, следовательно, эксперимент обязательно должен подтвердить, что принятая идеализация допустима. Таким образом, одной из основных задач учебного пособия является наглядное, экспериментальное подтверждение теоретических посылок курса сопротивления материалов.
Целый ряд современных конструкций или их деталей настолько сложны, что рассчитать их на прочность, жёсткость и устойчивость не удаётся. Но инженер обязан дать заключение об их работоспособности. В этих целях разработаны некоторые специальные экспериментальные методы изучения распределения напряжений и деформаций в детали. Это поляри- зационно-оптический метод, метод электротензометрирования, метод лаковых покрытий и др. Таким образом, второй основной задачей учебного пособия является ознакомление с некоторыми методами изучения сложного напряжённого состояния конструкций.
Наконец, третьей основной задачей учебного пособия является ознакомление с методикой проведения простейших экспериментов с целью определения механических характеристик материалов.
В практике машиностроения имеет место обязательное разрушение по крайней мере одной изготовленной конструкции из данной серии. Такие эксперименты, как правило, проводятся или самими инженерами производства данной конструкции, или при непосредственном их участии. Отсюда вывод: инженер обязан уметь поставить эксперимент и обработать полученные данные опытов.
3
1. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ И ПРИБОРЫ
1.1.Инструкция по технике безопасности при работе
влаборатории механических испытаний
1.Выполнение работ студентами производится только в присутствии преподавателя или лаборанта после прохождения инструктажа по технике безопасности и изучения устройства машин.
2.Включать или выключать силовой рубильник имеет право только преподаватель или лаборант.
3.Перед началом работы необходимо проверить надежность защитных ограждений; надежность заземления; исправность захватов; работу испытательной машины на холостом ходу; исправность предохранительного приспособления, запирающего защелку, на маятниковом копре.
4.Во время работы машины запрещается прикасаться к электропроводке; облокачиваться или опираться на машину; поправлять образец во время работы машины; класть посторонние предметы на подвижные части машины; стоять в плоскости движения маятника маятникового копра.
5.При работе на маятниковом копре обязательно пользоваться устройством, запирающим защелку. Установку образца, снятие предохранителя и освобождение маятника копра производит только преподаватель или лаборант.
6.Испытание образцов из хрупкого материала производить только в специальном приспособлении.
7.Испытательные машины и другое оборудование лаборатории использовать только по их прямому назначению.
4
1.2. Машина УМ-5
Машина УМ-5 (рис.1.1) предназначена для статических испытаний на растяжение и сжатие. При помощи специальных приспособлений можно производить испытания на срез, изгиб, устойчивость и внецентренное растяжение-сжатие.
Рис. 1.1
5
Машина УМ-5 состоит из двух вертикальных колонн (8), укрепленных в корпусе (10) и головке (9). На жестком каркасе размещены: нагружающее и силоизмерительное устройства и диаграммный аппарат. При испытании на растяжение для закрепления образца в захватах (13) и (14) ставят специальные губки. Для круглых образцов - губки с рифленым желобом, для плоских образцов – губки с плоской поверхностью, имеющей насечку.
Нагружающее устройство Нагружение можно осуществлять вручную и механиче-
ски через электродвигатель (1). До включения электродвигателя включают самотормозящую червячную передачу (3) и (4), отводя штифт коробки ручной передачи (15) в крайнее правое положение. Электродвигатель (I) с помощью коробки скоростей (2) и червячных передач (3),(4) поднимает или опускает винт (5) и подвижную траверсу (6). Если в захватах (13),(14) находится образец, то он будет сжиматься или растягиваться. Нагружение вручную осуществляется с помощью рукоятки через зубчатую передачу в подвижной траверсе, а штифт (15) должен быть в крайнем левом положении, и грузовой винт будет вращаться, опускаясь или поднимаясь по отношению к червячному колесу (4), не имеющему возможности вертикального перемещения.
В коробке скоростей (2) имеется две рукоятки, с помощью которых предусмотрена возможность нагружения с четырьмя скоростями 4; 10; 20 и 60 мм/мин.
Силоизмерительное устройство Верхний захват связан с рычагами, размещёнными в
верхней головке (9), которые для уменьшения сил трения установлены на двух призмах. Действующая на образец сила передается на маятник (19). Угол отклонения маятника пропорционален величине нагрузки на образец. Отклонение маятника передается на рейку (18), которая вращает стрелку ци-
6
ферблата (12). При самом малом грузе на маятнике предельная нагрузка - 10 кН, при двух грузах (малом и среднем) - 20 кН и при трех грузах - 50 кН.
Для смягчения удара при обратном возвращении маятника после разрушения образца имеется масляный амортизатор
(16).
С помощью диаграммного аппарата в процессе всего времени нагружения образца, вплоть до разрушения, снимается машинная диаграмма в координатных осях: по оси ординат - нагрузка, по оси абсцисс - абсолютное удлинение. Изменение длины образца вычерчивается на диаграмме в масштабе 10:1.
Для удобства заправки диаграммного барабана миллиметровой бумагой он установлен на откидной плите.
1.3. Гидравлический пресс 2ПГ-250
Гидравлический пресс предназначен для проведения испытаний образцов и деталей из различных материалов на сжатие при статическом нагружении. Максимальная нагрузка пресса 2500 кН.
Общий вид пресса представлен на рис.1.2.
Справа расположен пульт управления, в котором помещается насосная установка и силоизмерительное устройство с циферблатом (1). С помощью двигателя (7) подвижная траверса (5) приводится в соприкосновение с деталью (образцом), помещенной на плите (6). Пресс имеет два диапазона нагрузок.
Если предполагается, что максимальная нагрузка не превышает 1000 кН, то штифт (2) должен быть поставлен в первое положение (на штифте видна цифра 1). Если максимальная нагрузка выше 1000 кН, необходимо поставить штифт во второе положение (на штифте остается цифра 2). Установив штифт (2) в нужное положение, открывают вентиль сброса масла (3) и включают электродвигатель насоса. Открыв вентиль (4) - вентиль регулировки подачи масла, закрывают вентиль (3) - вентиль сброса масла.
7
Рис. 1.2
Не рекомендуется поднимать нижнюю опорную плиту (б) более чем на 50 мм. После проведения испытаний открывают вентиль сброса масла (3) и, сняв нагрузку, поднимают на необходимую высоту подвижную траверсу (7). Производят уборку плиты (6), пространства возле пресса.
1.4. Разрывная машина Р-20 для статических испытаний металлов
Машина Р-20 (рис. 1.3) предназначена для испытания образцов из металлов статическими нагрузками при растяжении и сжатии. Она представляет собой установку, состоящую из нагружающего устройства (1) и пульта управления (2).
8
Нагружающее устройство предназначено для деформирования и разрушения испытываемого образца (3).
Пульт управления служит для управления процессом нагружения образца и контроля за величинами нагрузок и деформаций.
Нагружающее устройство и пульт управления монтируются на фундаменте (4) и соединяются трубопроводами (5).
Нагружающее устройство Нагружающее устройство, гидравлический привод верх-
него (активного) захвата (1.1) и электромеханический привод нижнего (пассивного) захвата (1.2) имеют вертикальное исполнение. Станина нагружающего устройства представляет собой раму, состоящую из основания (1.3) и траверсы (1.4), соединенных двумя колоннами (1.5). В траверсе установлен рабочий цилиндр (1.6).
В полость рабочего цилиндра соосно вставлен плунжер подвижной рамы, состоящей из траверсы (1.7) и активного захвата (1.1), связанных двумя тягами (1.8). Подвижная рама при подаче давления в рабочую полость цилиндра (1.6) перемещается по колоннам (1.5) с помощью четырех конических роликов (1.9). Пассивный захват (1.2) перемещается с помощью электромеханического привода для установления необходимого рабочего пространства, соответствующего размерам испытываемого образца. Привод пассивного захвата состоит из электродвигателя и червячно-винтовой передачи, расположенной в основании (1.3).
Пульт управления Пульт управления представляет собой блочную систему
и включает в себя насосную установку (2.1) с системой управления, силоизмеритель (2.2) и диаграммный аппарат (2.3) для записи диаграммы “нагрузка-деформация”. Насосная установка состоит из масляного бака, блока с электро- и гидроаппаратурой, электродвигателя и гидронасоса, подающего при работе гидросистемы масло в полость цилиндра (1.6), в результате
9