Работа №7 опытное определение коэффициента концентрации напряжений

Цель работы: Определить коэффициент концентрации напряжений при растяжении пластины, ослабленной отверстием.

Концентрацией напряжений называется резкое увеличение напряжений вблизи отверстий, выточек, шпоночных пазов, резких переходов сечений и т.д.

Причины, вызывающие концентрацию напряжений (отверстия, выточки и т.д.), называются концентраторами напряжений.

На рис.17 представлено распределение нормальных напряжений в поперечном сечении пластины, ослабленной отверстием.

Максимальные напряжения возникают на краях отверстия и быстро снижаются по мере удаления от него. Таков же характер распределения напряжений вблизи других концентраторов. Поэтому напряжения в зоне концентраторов называются местными напряжениями.

Количественной характеристикой концентрации напряжений является теоретический коэффициент концентрации , равный отношению максимального местного напряженияк номинальному напряжению

(26)

Под номинальным понимается напряжение, которое определяется по формулам сопротивления материалов без учета концентрации напряжений. Так, в случае растяжения

(27)

где – наименьшая площадь поперечного сечения (нетто).

Коэффициенты концентрации напряжений определяются либо экспериментально, либо методами теории упругости и приводятся в справочной литературе в виде таблиц или графиков в зависимости от вида концентратора и его размеров.

Рассчитывая на прочность при растяжении деталь с концентратором, инженер отыскивает в справочной литературе значение , вычисляет номинальное напряжениепо формуле (27) и затем определяет максимальное напряжение в зоне концентратора

(28)

по которому оценивает прочность детали.

На рис.18 приведен график для определения теоретического коэффициента концентрации напряжений в случае растяжения пластины с круговым отверстием, из которого следует, что с уменьшением диаметра отверстия коэффициент концентрации напряжений увеличивается и приближается к 3 при .

Принято считать, что пластичные материалы мало чувствительны к концентрации напряжений при статической нагрузке, так как у них происходит выравнивание напряжений за счет пластических деформаций. При переменных и динамических нагрузках концентрация для пластичных материалов является опасной, так как выравнивание напряжений не успевает произойти.

Хрупкие материалы очень чувствительны к концентрации напряжений при статической, динамической и переменной нагрузках. Особенно чувствительны к концентрации напряжений закаленные высокоуглеродистые и легированные стали и тем больше, чем выше их характеристики прочности.

Для уменьшения концентрации напряжений следует заменять резкие переходы сечений плавными, избегать острых надрезов, глубоких выточек и т.д.

Концентрация напряжений имеет место также при изгибе и кручении.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Испытания производятся путем растяжения на испытательной машине стальной пластины размерами мм с центральным отверстием Ø 32,5 мм

(либо с центральным отверстием Ø 16 мм ).

В ослабленном поперечном сечении пластины С рис.17 ) наклеены тензодатчики 1 и 2 базой 5 мм, продольная ось которых параллельна растягивающей силе. Тензодатчик 1 определяет номинальное напряжение , а тензодатчик 2 – максимальное напряжение.