сопромат лабы
.pdfДля измерения деформации волокон опытного стержня используются датчики омического сопротивления (тензорезисторы) с базой 10 мм в сочетании с измерителем деформации ИДЦ-1. Цена единицы показания измерителя приводится на шкале прибора, коэффициент тензочувствительности датчиков К - в паспорте ко1Иплекта датчиков.
С х е м а |
о п ы т н о й |
|
у с т а н о в к и |
показана на рис. 15.1. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 13.1 |
Б |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
Левое крайнее сечение опытного стержня находится в защемле- |
||||||||||||
К11учению. |
|
|
|
|
|
сгержен |
|
|
|
|
|
|
нии, а к свободному правому прикладываетсяй |
нагрузка со смеще- |
|||||||||||
нием от продольной оси, т.е. к поперечному стержню, прикреплен- |
||||||||||||
|
|
|
|
о |
|
ь будет подвергаться изгибу и |
||||||
ному к опытному. При этом |
|
|
||||||||||
шинстве своем точк |
элемента испытывают |
п л о с к о е |
н а п р я - |
|||||||||
|
|
и |
вида деформации показано, что в боль- |
|||||||||
В теори» исследуемог |
|
|||||||||||
ж е н н о е |
з |
|
|
Поэтому для опытного исследования |
||||||||
с о с т о я н и е . |
||||||||||||
|
осям |
|
т е н з о м е т р и ч е с к а я |
|
р о з е т к а |
|||||||
стержня используется |
|
(рис. 13.2), в которой пара взаимно перпендикулярных датчиков |
||
|
продольно |
и и и , нанесенными на поверхности под углом |
совмещена с |
||
е |
й оси z опытного стержня. Третий дат'Н1к направ- |
|
45° к |
|
|
лен вдоль оси Z. |
|
|
Р |
У |
|
|
|
|
|
|
Рис. 15.2 |
10!
Н а г р у ж е н и е опытного стержня и снятие показаний по ИДЦ-1 производится дважды: при предварительной нагрузке F-5Q Н и окончательной, равной 200 Н.
|
|
|
Опытные данные |
|
|
||||
О б р а б о т к а |
опытных данных заключается в вычислении |
||||||||
приращений нагрузки |
AF и показаний измерителя деформации An |
||||||||
по всем трем датчикам. |
|
|
|
|
|
Т |
|||
|
|
Результаты испытаний |
Н |
У |
|||||
|
|
|
|||||||
По приращениям Дл |
вычислить опытные значения относитель- |
||||||||
ных линейных деформаций |
в направлениях наклеенных датчиков |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
по формуле (15.1) от приращения нагрузки АР'. |
|
|
|||||||
Значения экстремальных |
относительныхБдеформаций в иссле- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
дуемой точке стержня найти по формуле (15.2), а направление их, |
|||||||||
определяемое углом а ^ п о |
формул |
|
|
|
|||||
|
е (15.3). |
|
|
||||||
Положительное значение |
угла |
|
откладывается против хода |
||||||
часовой стрелки от оси |
|
о |
|
|
>So , получим на- |
||||
и (рис. 15.3). Если |
|||||||||
|
|
т |
|
|
|
|
|||
правление ffшах > ®сли |
|
< £ fj, направление fmin |
|
||||||
|
и |
|
|
|
|
|
|
||
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
LA Ai |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
ось max (если |
EU > Sy); |
|
|
п |
|
|
и |
|
ось min (если |
eu< бу). |
|
||
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
|
Рис. |
15.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Численные значения экстремальных нормальных напряжений по опытным данным определить по формуле (15.4).
Пс)сле этого с учетом значений и знаков экстремальных напряжений обозначить главные напряжения по принятой символике и правилу (о"! ><J2 > стз) и установить вид напряженного состояния
10!
10! И;1Ъбразите схему по рис. 15.3 и покажите направление главных напряжений и главных площадок
Теоретический рас.чет
Необходимо изобразить р а с ч е т н у ю с х е м у опытного стержня и показать действующие внешние силы (нагрузки). 'Затем построить эпюры возникающих усилии, отметив их ординаты, от-
носящиеся к исследуемому сечению. |
Т |
|
Значения теоретических нормальных и касательных напряжений в |
||
опытаой точке определить по формулам (15 5, 15 6). |
|
У |
Н |
|
|
Затем 1гзобразить прякюугольный элемент, выделенный вокруг |
||
Б |
|
|
опытной точки (одна грань которого перпендикулярна оси z), и показать возникающие по его граням нормальные и касательные напряжения.
Значения экстремальных нормальных напряжений определить
по формуле (15.7). После этого |
|
|
|
ь главные напряжения и |
|||||||
установить вид напряженного состояния. |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
й |
||
Угол, определяющий направление главных нш1ряжений, вычис- |
|||||||||||
jHiTb по формуле (15 8) и |
|
обозначит |
|
||||||||
|
|
ь (в дашюм случае) от оси z про- |
|||||||||
тив хода часовой ст|^елкн, еслра^ >0, |
и наоборот При этом по- |
||||||||||
пучим направление |
стщах Д^я случая а^ |
XTj^, я в случае сг^ < сгх |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
отложит |
|
|
|
|
-направление |
сгцип |
т |
|
|
|
|
|||||
Используя |
|
ия угла а,], показать на выделенном прямо- |
|||||||||
угольном элементе направления |
главных напряжений и площадок, |
||||||||||
гю которым |
|
значени |
|
|
|
|
|
||||
|
и возникают. |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
он |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
Сравнение результатов |
|||||||
|
е |
|
угол |
«о гю опытным и теоретическим данным аг- |
|||||||
Поскольку |
|||||||||||
считывается от разных осей |
и z), расположенных между собой |
||||||||||
Р |
|
|
|
|
сравнения результатов исследования (по углу |
||||||
под |
углом 45°, для |
||||||||||
а ^ ) |
следует |
использовать зависимость |
|
| + |ау" |=45". Полу- |
ченное отклонение суммы углов ог^ от 45" составит погрешность опыта Да = 45" - ( | а „ \ + \ а „ |) Затем опытные значения исслсдо-
ванных параметров (cri ,0-3 и а о) сравнить с теорегическнми и вычислить расхождение. При оценке погрешности угла следует
AUf, отнести к а ^ .
Выводы
В выводах указать: подтверждает ли опыт вид напряженного состояния, установленный теорией в исследуемой точке опытного
стержня при изгибе с кручением, и насколько приемлемы |
теорети- |
|||||||||
ческие расчетные формулы для практических целей. |
У |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Форма журнала лабораторнойТработы |
|||||
|
Л а б о р а т о р н а я р а б о т а №Н15 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
|
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО С0СТ0ЯНИЯЛ1РИ |
||||||||||
|
|
|
ИЗГИБЕ С КРУЧЕНИЕМ |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
||
|
|
|
|
|
Цель |
|
ы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
работ |
|
|
|
главные |
|
1. В намеченной точке опытного стержня определить |
||||||||||
напряжения и установить вид напряженного состояния, |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
2. В этой же точке |
вычислить теоретическим путем главные на- |
|||||||||
пряжения и сравнить |
х с опытными значениями. |
|
|
|||||||
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
з |
Исходные данные |
|
|
|
|||||
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
я к испытанию (3 строки). |
|
|
|
||||||
Используемыеп |
формулы: |
|
|
|
|
|
||||
Требовани |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) по результатам опыта и опытным данным (12 строк); б) теоретические (12 строк).
Опытный стержень (4 строки) Измерительные приборы (10 строк). Схема опытной установки (16 строк)
10!
Опытные данные
Таблица опытных данных
Нагрузка |
Датчики |
|
Ди |
|
д |
|
До |
|||
F.H |
Канал измерителя |
1 |
|
2 |
|
3 |
||||
|
Отсчеты п |
|
|
|
|
|
|
У |
||
|
Отсчеты п |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Т |
||||
tsF = |
Приращение |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
отсчетов |
|
Дл |
|
|
|
|
Н |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
|
|
|
|
|
Результаты испытания |
|
|
|
||||
Относительные линейные деформации волокон (7 строк). |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
Экстремальные относительные деформации (12 строк) |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
напряжени |
|
|
|
|
|
Направление экстремальных относительных деформаций (6 строк). |
||||||||||
Экстремальные нормальные |
|
|
я (8 строк). |
|
||||||
Главные напряжения (3 |
строки) |
|
|
|
|
|
||||
|
. |
|
|
|
|
|
||||
Вид напряженного состояния (2 строки). |
|
|
|
|||||||
Схема элемента с главными напряжениями (8 строк). |
|
|||||||||
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
расчет |
|
|
|
|||
|
з |
Теоретическийо |
|
|
|
|||||
Расчетная схема |
эпюры внутренних сил (10 строк). |
|
||||||||
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Геометрические характеристики сечения опытного стрежня |
||||||||||
(7 строк). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нормальные и касательные напряжения в точке А стержня |
|
е |
|
(7 строк). |
|
Р |
элемент с нормальными и касательными на- |
Прямоугольныйп |
пряжениями (8 строк).
Экстремальные нормальные напряжения (8 строк). Главные напряжения (3 строки).
Вид напряженного состояния (2 строки). Направление главных напряжений (4 строки). Схема элемента с главными напряжениями (8 строк)
10!
|
|
|
|
|
|
Сравнение результатов |
|
|
|
|||||
Погрешность опыта по углу а^ |
(I строка). |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
Таблица сравнения результатов |
|
|
|||||||
Парамсфы |
|
|
|
<Т1, МПа |
|
crj, МПа |
|
« о , град |
||||||
Опытные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|||
Теоретические |
|
|
|
|
|
|
|
Н |
У |
|||||
Расхождения, % |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Выводы (4 строки) |
Б |
|
|
||||
Работу выполнил . . |
|
|
|
|
|
|||||||||
Работу принял .. |
|
|
|
|
и |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросый |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
1. Чем характеризуется напряженное состояние в точке гела? |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
называютс |
|
|
|
|
|
|
|
2. |
Назовите виды напряженногорсостояния. |
|
|
|
||||||||||
3. |
Какие площадк |
|
|
|
я главными? |
|
|
|
||||||
4. |
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
||
Какие напряжения возникают по главным площалкам? |
||||||||||||||
5. |
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Какие параметры необходимо знать, чтобы оценить вид на- |
||||||||||||||
пряженного |
состояни |
я в точке тела? |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
6. |
Какова цель лабораторной работы? |
|
|
|
|
|||||||||
7. |
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Назовите виды напряженного состояния |
|
|
|
|||||||||||
8. Что представляет собой изгиб с кручением как вид сопротив- |
||||||||||||||
ления? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9. |
Какие измерительные приборы используются в данной лабо |
|||||||||||||
раторнойеработе? Каков принцип их работы? |
|
|
|
|||||||||||
10. Что представляет собой тензометрическая розетка датчиков? |
||||||||||||||
РИ. Какой параметр деформации измеряли иепосредсгвенно дат- |
чиком?
12. Какие параметры напряжения можно вычислить по измеренным относительным линейным деформациям?
13, Как обозначаются главные напряжения и усганавливается вид напряженного состояния?
10!
10! 14. Какой вид напряженного состояния выявлен в исследованной точке опытного стержня?
15. Какого рода напряжения возникают в поперечном сечении стержня при изгибе с кручением и по каким формулам они опреде-
ляются? |
|
|
Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 16 |
|
У |
|
|
|
ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПРОДОЛЬНО |
||
СЖАТОГ О СТЕРЖНЯ |
Т |
|
|
|
|
Н |
|
|
Сжатый стержень большой гибкости при некотором значении |
||
Б |
|
|
сжимающей силы, называемой критической, выходит из состояния |
устойчивого равновесия. При этом стержень с прямой осью несколько искривляется и считается >'тратившим устойчивость.
ния приближенного дифференциальногойуравнения оси изогнутого сгержня, которое справедливо и малой криви.ше оси. Вследствие
Значение критической силы для стержней большой гибкости
определяется по формуле Эйлера, полученной путем использова-
при центральном сжатии стержня большой гибкости; определить
этого формула Эйлера верна лишь пр малых искривлениях стерж- |
||||
|
|
|
|
и |
ня. По Эйлеру, ось |
|
|
стержня искривляется по закону си- |
|
нусоиды. |
|
|
пр |
|
|
о |
|
||
|
|
|
||
|
|
Цель работы |
||
|
изогнутог |
|
|
|
|
и |
|
|
|
Цель настоящей работы - изучить явление потери устойчивости |
||||
з |
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
опытным |
м величину критической силы выбранного стержня и |
|
сопоставить |
|
с теоретическим значением, подтвердить теорети- |
ческий характерпуте |
иск1швления оси стержня. |
|
е |
|
Исходные данные |
Р |
|
|
|
с т е р ж е н ь нагружается осевой, плавно воз- |
|
О п ы т н ы й |
растающей нагрузкой. При этом максимальные нормальные напряжения не должны превосходить предел прогюрциональности.
При выполнении работы используются следую1дне ф о р м у л ы : для определения величины критической силы (формула Эйлера)
Fcr=" |
EI ^ir. > |
(16.1) |
|
i^ir |
|
где /л - коэффициент приведения длины стержня к расчетной, зависящий от способа закрепления его концов;
для определения гибкости стержня
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1 6 . 2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
'min |
|
|
Н |
У |
||
где 'min " V^min! |
|
" минимальный |
|
Б |
|
сечения |
||||||||
|
|
радиус инерции |
||||||||||||
стержня; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для определения предельной гибкости стержня |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
р |
й |
|
(16.3) |
||||
|
|
|
|
|
|
о |
^ рг |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
т |
|
|
напряжения |
|
|
||||
для определения критическог |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
з |
|
< Х с г = ~ |
• |
|
|
(16 4) |
|||||
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Искривление стержня, утратившего устойчивость, происходит |
||||||||||||||
по синусоиде и описывается выражением |
|
|
|
|||||||||||
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
|
|
и - |
|
|
|
; |
|
|
|
(16.5) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10!
где В - постоянная интефирования дифференциального >'равнения оси изогнутого стержня (физический смысл ее - амплкггуда Kpneoii),
Работа выполняется на н а с т о л ь н о й у с т а н о в к е СМ20 с ручным (при помощи червячной передачи) нафужснием. Величина нагрузки контролируется по осадке динамометрической
пружины, для которой имеется тарировочный график: m==f(F) , где т - показания шкалы установки.
Опыт п р о в о д и т с я на прямом стержне прямоугольного поперечного сечения, выполненном из стали. Значения модуля продольно!! упругости И предсла пропорциональности для материала образца приведены в паспорте установки.
Для и з м е р е н и я отклонишй опытного стержня от начального положения при потере устойчивости используются стрелочные инди-
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
каторы, цена деления которых приведена на шкале прибора. |
|
||||||||||||
Схема |
|
о п ы т н о й установки и расположение измерительных |
|||||||||||
приборов приведены на рис. 16 1 |
|
|
Н |
У |
|||||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
з |
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
^тттпттг |
|
|
|
|
||||
п |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
Рис 16 1 |
|
|
|
|
||||
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Концы опытного стержня вставлены в опоры, которые относят- |
|||||||||||||
ся к типу шарнирных. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
П о т |
р я у с т о й ч и в о с т и |
продольно сжатого стержня |
сопровождается искривлением его продольной оси. На рис. 16.2 |
|
показаныР |
графически две формы зависимости отклонения и оси |
стержня |
от величины сжимающей силы F: теоретическая кривая |
ОАВ (по Тимошенко) и опытная - ОВД
10!
F
|
в |
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
Рис. 16 2 |
|
У |
|
|
|
|
||
10! Согласно теории |
предполагается, что пока сжимающаяТнаг руз- |
|||
ка меньше критической, стержень остается прямолинейным, сохра- |
||||
няя устойчивое равновесие (участок |
OA). При нагрузке |
/''=/v |
||
|
|
Н |
|
|
стержень внезапно искривляется, приобретая состояние безразлич- |
||||
ного равновесия (участок АВ). Это значит, чтоБпри одной и той же |
||||
нафузке он может |
занимать, несколько равновесных положений, |
|||
пока отклонения и небольшие. Затем йпри незначительных |
возрас- |
|||
таниях нагрузки отклонения увеличиваются быстро. |
|
|
||
|
и |
|
|
|
Практически связь между искривлением стержня и нагрузкой в |
||||
начальной стадии нагружения рзависит в незначительной степени от |
||||
точности центровк |
нагрузки, степени |
прямолинейности стержня, |
однородности материалатегои осуществляется на графике по кривой ОД. При небольших нагрузках, меньших критического значе-
и
ния, стержень сохраняетз первоначальное положение или искривляется незначительн и плавно. Затем искривление плавно возрастает, а в момент достижения силой критического значения резко уве-
личивается. Дальнейшее искривление (стержня) идет в соответст- |
|
|
о |
вии с теоретической схемой. |
|
п |
|
е |
|
Чем строже выполнен эксперимент, тем ближе опытная кривая
на график к теоретической.
В качестве критерия потери устойчивости может быть принято |
|
условиеР |
значительного увеличения отклонения и при малых при- |
ращениях нагрузки F.
Кроме названного критерия оценки критического состояния сжатого стержня можно использовать и метод "проб". Он заключается в периодическом небольшом принудительном отклонении от начального положения оси нагруженного стержня кратковре.мен-