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

сопромат лабы

.pdf
Скачиваний:
29
Добавлен:
31.05.2015
Размер:
3.95 Mб
Скачать

Для 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-