Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

сопромат лабы

.pdf
Скачиваний:
20
Добавлен:
31.05.2015
Размер:
3.95 Mб
Скачать

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра «Сопрогавленне материалов и теория упругостм»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

й

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

СОПРОТИВЛЕНИЕиМАТЕРИАЛОВ

 

 

 

 

 

(лабораторный праетикум)

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М и н с к 1 9 9 9

УДК

В издании говорится о значении лабораторных работ при нзуч* НИИ дисциплины «Сопротивление материалов», содержится их перечень, предусмотренный учебным планом для студентов строительных специальностей, описание измерительных приборов, которые используются при выполнении работ, и методы исследования напряженного и деформиров?.аного состояния в элементах конст-

 

 

Т

рукций. В описании каждой работы приводятся ее цель, краткие

сведения из теории дисциплины, методика и последовательность

 

Н

выполнения, форма журнала работы для оформления результатов,У

испытаний

Б

 

 

 

Изложенная в данном учебном пособии методика проведения

лабораторных работ предусматривает максимально возможную

самостоятельность. Она включает внеаудиторное изучение теории

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

й

вопроса, составление формы журнала, заполнение его по исходным

 

 

 

 

 

 

 

 

настоящи

 

данным и самостоятельное проведение исследований с обработкой

опытных данных. Руководствуясь

 

 

 

 

м изданием и консуль-

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

тацией преподавателя, студеш л| оводпт требуемые исследования.

Для самоподтотовки

приводятс

я свслсния о с-хтгветсгвующих

 

 

 

{(аздслах теории и контрольные вопросы

по каидай лабораторной

(•абтс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Составители:

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М К Балыкин, В.А.Пенькевич,

 

 

 

 

иВ Н Заяц, И А Голубев

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Под общей редакцией В.Н.Зайца

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

Рецензент ГШТастушков

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

© М.К Балыкин, В.А ПенЬкевич, В Н Заяц, И.А Голубев, составление, 1999

В в е д е н и е

I l(,)oi раммой дисциплины «Сопротивление материалов» преду- (Mnipiiniiercn параллельно с изучением теоретического материала •11.11И1ЛП011ПС ряда лабораторных работ. Часть этих работ посвящена шучсник) механических свойств материалов, таких как прочность,

iimiciMMiiocTb, жесткость, и их расчетных характеристик. Другая 'иц 1ь ля6о}1аторных работ связана с моделированием, т.е.Уопытной

n|wmcpKolt расчетных формул, полученных теоретическим путем.

Мтссию, что в теории сопротивления материалов делается ряд

\и|1()|11сний и огранинений, вводятдя гипотезы. В результате этого

||>)||\<|Ц|Гиые расчетные формулы в какой-то степени являются при-

Омич^имными.

 

 

Б

Т

И шпланированных лабораторных работах проверяются: гипоте;»

ишн ких сечений, законы рарпределения нормальныхНнапряжений по

 

 

й

 

||||П1!реч1юму сечению элементов конструкци и расчетные формулы

 

занятия

 

 

/|||н некоторых простых и сложных деформаций. Проверяется также

II иижнсйшее положение теории сопротивления материалов - соот-

р

 

 

 

«114 ние закона Гука для технических материалов.

 

кроме юго, на лабораторных

 

х студент знакомится с ме-

ииишой и техникой выполнения испытаний образцов и элементов

к1И1С1рукций с измерительными приборами и испытательными ма-

шинами.

 

 

и

о

n|iHfv ров,

 

з'чебное используются при выполнении этих работ,

11нс1х)я - дее

 

етпособие содержит цель, методику и технику

нмиолнсния лабораторных работ, предусмотренных учебным пла-

 

 

которы

 

 

M1IM для строительных специальностей, описание измерительных

ф1Ц)му журнала и порядок оформления результатов испытаний.

е

 

 

 

 

Р

п

OBIiltlE СВЕДЕНИЯ

 

Лабораторные занятия включают в себя подготовку к опыту, вынимнсиие его, обработку полученных данных и анализ результатов.

»Л1Х)Товка к лабораторным работам выполняется студентами <,4мис1оятсльно в домашних условиях. Следует обязательно прорабчшгь 1сорстический материал соответствующего раздела дисципiiMithi по рекомендованным учебникам, конспект)' лекций. Желаюлыи) ознакомиться с содержанием лабораторных работ по любому

доступному пособию к лабораторным работам по сопротивлению материалов. Однако основным руководством к выполнению лабораторных работ является настоящее пособие, так как оно составлено согласно планам организации учебного процесса на кафедре и технической оснащенносга лаборатории испытания матсриалов.

Важным этапом подготовки к лабораторным работам является составление журнала для записи исходных и опытных данных, результатов испытаний Форма журнала приводится в пособии после

описания каждой лабораторной работы. Для зарисовки схем образ-

 

Т

цов, испытательных установок и ожидаемых диаграмм и записи

Н

исходных и опы гных данных, результатов испытаний следуетУос-

тавлять в тетради свободными указанное количество строк.

Б

 

Руководствуясь настоящим пособием, студенту необходимо заполнить (по возможности) все пункты подготовленного журнала по

исходным данным (используемые формулы, требования к испыта-

мые записи. Без журнала лабораторныхийработ с внесенными исходными данными студент к выполнению работ не допускается.

нию, испытательная машина и т.д.), делая только самые необходи-

В процессе выполнения лабораторных работ в журнал вносятся опытные данные Обработк этих данных и анализ результатов вы-

полняются студентами самостоятельно с использованием

настоя-

 

 

р

 

щего пособия и консультаций преподавателя.

 

Отчет о выполненной работе, как правило, должен быть полно-

стью подготовлен в лабораториит

и представлен преподавателю для

проверки и

 

.

 

 

 

и

 

 

 

з

 

 

 

подписи

 

 

 

При подготовке к зачету рекомендуется воспользоваться кон-

грольными вопросами, приведенными в конце описания каждой

лабораторной рабрты.

 

 

п

 

 

 

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ПРАВИЛА

 

е

ОБРАЩЕНИЯ С ПРИБОРАМИ

 

РВ лаборатории испытания материалов кафедры СМиТУ

разме-

щено сложное оборудование с высоким электрическим напряжением, опасным для жизни человека, а 1акже ряд напольных и настольных установок с относительно тяжелыми грузами, которые могут при неумелом обращении привести к травме.

Для предупреждения несчастных случаев студенты обя тны си блюдать следующие основные правила.

1. Выполнять требования преподавателя и з'чебного персонала лаборатории по соблюдению правил техники безопасности.

2. Приступать к выполнению лабораторной работы только после разрешения преподавателя или учебного персонала лаборатории.

3. Запрещается самостоятельно приводить в действие машины, механизмы, нагружать установки.

4.

При выполнении работы не отвлекаться на посторонние дей-

ствия.

 

Т

5.

 

Н

 

При обнаружении неисправности немедленно сообщитьУоб

этом преподавателю или учебному персоналу лабсфатории.

6

 

Б

 

 

Запрещается трогать приборы, установки и испытательные

машины, на которых не выполняется данная лабораторная работа 7. К лабораторным работам допускаются студенты, ознакомлен-

ные с приведенными требованиями под личную подпись В лабораторных работахиспользуются точные высокочувстви-

тельные измерительные приборы, С целью предотвращения их порчи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

й

 

 

запрещается самостоятельно их регулирован» или переставлять.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

При проведени

 

 

 

ой образцов материалов и элементов*

конструкций

 

 

 

 

т необходимость в измерении их начальных

 

 

 

 

 

 

испытани

 

 

 

 

размеров, а также перемещений

и деформаций, вызванных нагруз-

кой.

Для

 

 

 

и

 

соответствующие

измерительные

 

 

используются

 

 

 

возникае

 

 

 

 

 

ценой

приборы, имеющие

измерительную шкалу с определенной

( а )

одного деления или цифровое табло с ценой единицы

показа-

ний.

 

этог

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для измерения геометрических размеров элементов конструк-

цийеиспользуются

мерные ленты ( а = 1 мм) и

штангенциркули

Р( а =5x10"^ к 1x10'' мм), а для измерения перемещений - стрелочные индикаторы ( а =1x10"' мм). Деформации в материале конструкции,

которые в упругой стадии нагружения очень малы, измеряются тензометрами: механическими и оптическими ( а = 1x10 ' мм) или более чувствительными - электрическими ( а -1x10"' MI.I).

Штангенциркуль

Штангенциркуль применяется для измерения наружных и внутренних размеров образцов и деталей В лабораторной практике используются штангенциркули с пределом измерения до 125 и до 500 мм с точностью отсчета 0,05 и 0,1 мм.

Штангенциркуль (рис. 1 а) состоит из штанги 1, оканчивающейся губками 2 и 3, и свободно передвигаемой по штанге рамки 4 с такими же губками. На штанге 1 имеется шкала с делениями через

1 мм, а на рамке 4 нанесены

10 делений нониуса 5, позволяющего

делать отсчеты с точностью до 0,1 мм.

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

й

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

р

 

Отсчет 27,4

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

Рис. 1

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

Измерение наружных размеров производится между губками 2,

з

 

 

 

 

 

 

 

 

внутренних - между губками 3. Число целых миллиметров размера

ниуса, который окажется совмещенным с каким-либо штрихом

а отсчитывается на шкале штанги гю нулевому штриху нониуса 5,

число

о

 

х долей миллиме1ров определяется тем штрихом но-

 

п

десяты

 

шкалы (рис.

1 б).

Р

Ст1)елочный индикатор

Стрелочный индикатор (рис. 2) предназначен для измерения линейных перемещений отдельных точек образцов, деталей и конструкций, вызванных их деформацией

Состоит индикатор из корпуса 1 со шкалой, подвижного стержня 2, который может перемещаться вдоль своей оси, и головки 3 с контактным шариком. Специальной пружинкой (внутри корпуса) контактный шарик всегда прижат к исследуемому элементу и перемещае^гся вместе с ним. Перемещение стержня преобразуется во вращательное движение стрелок по циферблату.

Шкала малого крута имеет 10 делений, каждое из которых соответствует 1 мм перемещения контактного стержня. Шкала большо-

го круга имеет 100 делений с ценой одного деления а =0,01 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

Т

При повороте малой стрелки на одно деление большая стрелка ин-

 

 

 

 

 

 

 

Н

дикатора делает полный оборот - 100 делений большой шкалы.У

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

й

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

Рис. 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для проведения измерения индикатор закрепляется корпусам к

п

 

 

 

 

 

 

 

 

неподвижной части конструкции или штативу 4. Контактным ша-

е

 

 

 

 

 

 

 

 

риком он касаетсяодетали 5 в точке, перемещение которой исследу-

ется. Измеренное перемещение

точки

обусловлено показаниями

Р

 

 

 

 

 

индикатора до и после деформации детали, конструкции:

 

 

и = {

п

1

,

(1)

где V - измеряемое линейное перемещение; Ио - отсчет по индикатору до деформации;

Hi - агсчет по индикатору после деформации; An - приращение показаний индикатора;

- цена деления индикатора

Электротензометры

Тензометры - это приборы, позволяющие измерять весьма малые деформации твердых тел, вызванные дейстрием внешн){х сил За период развития тензометрии создано много типов тензометров - ме- \ан1{ческих, оптических и электрических. В настоящее время наибольшее развитие получила злектротензомстрия

Электрический тензометр - это прибор, измеряющий относи-

тельную линейную деформацию на определенном участке твердого

 

Т

тела электрическим методом. Он состоит из трех частей; тенэодат-

чика, усилителя и индикатора. Тензодатчик (или датчик) У- э-го чув-

Н

ствительный элемент, воспринимающий измеряемую деформацию

Б

 

и преобразующий ее в тот или иной электрический параметр Различают датчики активного сопротивления, индуктивные, емкост-

ные, фотоэлектрические, пьезоэлектрические и т п В измерительных приборах широкое распространениейполучили датчики актив-

вые). Из них наиболее часто используютсяи проволочные датчики сопротивления (тенэорсзисторы)р

ного сопротивления (проволочные, фольговые и полупроводнико-

Известно, что при растяжении юш сжатии проволоки изменяют- • ся ее геомепрические размеры (длина, пло1цадь поперечного сече-

ния) и физические свойства (удельное сопротивление), а следова-

цией ее с>'ществуетлинейная зависимость.

относительным

тельно,

и

элект|зическое осопротивление Между

 

 

 

з

 

 

 

изменением сопротивлениятпроволоки

и относительной деформа-

 

 

о

 

 

 

Основное уравнение проволочного тензоэффекта имеет вид

 

п

 

А Л

=

( 2 )

Р

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

где Rе- элскгрическое сопротивление недеформированной проволо-

ки;

 

 

 

 

 

 

AR

- приращение сопротивления деформированной проволоки;

К - чувствительность проволоки к деформации (коэффициент

тсизочувствительности);

 

 

 

е = Al/l

- относительная деформация тензочувствительной про-

волоки

 

 

 

 

 

 

Проволочный датчик изготавливается из проволоки с большим удельным согфотивлением (константан, нихром и др.) диаметром </=0,02-0,05 мм и представляет собой плоскую петлеобразную решетку с выводами на концах (рис. 3 а). Проволочная решетка приклеивается к тонкой прямоугольной полоске специальной бумаги или пленки толщиной 0,05 мм, служащей для решетки основой

(подложкой) и изолирующей ее от материала испыт>'емой детали. Датчики сопротивления характеризуются базой (длинаУчувст-

(значение активного сопротивления решетки 10-800 Ом). Наи-

вительной решетки 5-100 мм) и номинальным сопротивлениемТ R

большее значение относительной деформации, которуюНможно из-

ент тензочувствительности проволочных датчиков лежит в пределах А"= 1,9 - 2,3.

мерить при помощи датчика, составляет й'тах~0,3 %. Коэффици- Б

Датчик сопротивления, будучи наклеенным на деталь, воспри-

нимает измеряемую

деформацию

преобразует ее

в соответст-

 

и

 

вующее изменение своего электрического сопротивления. После

включения датчика

в измерительнуюйэлектрическую

схему изме-

нение его сопротивления преобразуется в пропорциональное изме-

 

наиболе

нение силы тока, которое фиксируется индикатором.

т

ре распространена схема четырех-

В электротензометрии

 

и

мост (мостик Уитстона), состоящая из

плечевого измерительного

четырех последовательно соединенных датчиков Д|. Д», имеющих сопротивления R1. ..R4, источника питания Е и индикатора И (рис. 3 б)

Известно, чт пр равновесии мостовой схемы, которое выра-

жается уравнением RiR3=R2R4, ток в диагонали моста отсутствует.

 

 

з

 

 

Если сопротивление одного из плеч изменится, равновесие нару-

шается и возникающийо

в диагонали ток фиксируется индикатором.

Поскольку этот ток очень слабый, то для возможности

измерения

 

п

 

 

 

он предварительно усиливается

 

е

 

 

наклеива-

Один из датчиков любого плеча моста (например, Д|)

Р

 

 

 

 

ется на исследуемую деталь, на деформируемую се часть. Этот датчик называется рабочим датчиком (рис. 3 в). Исследуемая деталь и усилитель могут размещаться на некотором расстоянии друг от друга и быть в различных температурных условиях. Поскольку датчики сопротивления чувствительны к изменению температуры, то, чтобы исключить ее влияние на результаты измерения, cnic один датчик соседнего плеча моста (например, Дг) размещается на

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.