Все лабы по сопромату / ЛР3

Работа № 3

ИСПЫТАНИЕ СТАЛИ НА СРЕЗ

Цель работы: определить предел прочности при сдвиге для деталей из конструкционной стали, работающих на срез.

Краткие теоретические сведения

Если в поперечных сечениях стержня возникает только поперечная сила, то такой вид нагружения называется сдвигом. В этом случае в сечении действуют только касательные напряжения.

В большинстве практических задач поперечная сила возникает одновременно с изгибающим моментом и продольной силой, т.е. в сечении действуют ещё и нормальные напряжения. Однако если касательные напряжения значительно больше нормальных, то можно ограничиться расчётом на сдвиг.

Типичный пример такого упрощённого расчёта – расчёт заклёпочных, болтовых, сварных соединений. Такие соединения разрушаются в результате перерезывания сечения (заклёпки, болта, сварки) по линии действия поперечной силы, поэтому расчёт на сдвиг называют также расчётом на срез. В деталях, работающих на срез (болты, заклепки), кроме чистого сдвига возникают другие виды их нагружения: растяжение, изгиб, смятие по боковым поверхностям и т.д. Поэтому назначение допускаемых напряжений для таких деталей должно основываться на опытных данных.

Приспособление для испытаний

В данной работе на срез испытывается цилиндрический образец. Приспособление для такого испытания (рис.9) состоит из проушины 1 и серьги 2, в которых имеются соосные отверстия для образца 3. Для предотвращения смятия приспособления в нем имеются твердосплавные вставки 4.

Фактически в данной работе моделируются условия работы заклепочного или болтового соединений. При нагружении силами F разрушение образца происходит путем среза по двум плоскостям. Суммарная площадь среза равна , где - площадь поперечного сечения образца диаметром d.

1. 

В поперечных сечениях образца, где происходит срез, возникают касательные напряжения, величина которых приблизительно определяется так. Рассмотрим равновесие средней части образца, заключенной между двумя сечениями, по которым произойдет срез (рис.10).

Примем, что касательные напряжения распределены по этим площадкам среза равномерно. Тогда их равнодействующая должна уравновесить равнодействующую F нормальных контактных напряжений , которые действуют на образец со стороны серьги.

Из условия равновесия рассматриваемой отсеченной части получаем

. (6)

Когда величина достигнет предельной для материала образца величины (предела прочности при сдвиге) произойдет разрушение, которое и называется срезом. Условие прочности имеет вид

.

При практических инженерных расчетах принимается условие гарантированной прочности

,

где - допускаемое касательное напряжение;

n – коэффициент запаса прочности.

Из условия можно, например, определить необходимую площадь поперечного сечения болта и его диаметр или величину допускаемой нагрузки .

Испытательная машина – УГ-20/2.

Порядок выполнения работы

1. Измерить диаметр стального образца и рассчитать площадь его поперечного сечения.

2. Вставить образец в приспособление, которое установить в испытательную машину УГ-20/2.

3. Нагрузить образец до его разрушения и зафиксировать величину разрушающей силы .

4. По формуле (6) рассчитать предел прочности при сдвиге.

5. Рассчитать необходимый диаметр образца, чтобы при действии силы коэффициент запаса прочности в нем был равен 1,5.

Содержание отчета

1. Эскиз образца с указанием размеров.

2. Схема приспособления для испытания на срез.

3. Эскиз разрушенного образца.

4. Экспериментальные и расчетные данные.

Контрольные вопросы

1. Какие элементы конструкций работают на срез?

2. Как ведется расчет на прочность при срезе?

3. Как определить необходимый диаметр болта или заклепки?

4. Что такое чистый сдвиг?

5. Почему напряженное состояние в болте или в заклепке отличается от чистого сдвига?

27