Требования к отчету

1. Изложить цель работы и описать оборудование, инструменты и материалы.

2. Привести расчет усилий и напряжений перемещений одного узла фермы, используя результаты расчета продольных усилий в стержнях фермы аналитическим методом из лабораторной работы № 1.

3. Привести результаты расчета перемещений фермы методом конечных элементов.

4. Провести обработку данных эксперимента и расчетов, заполненную табл. 2 привести в отчете.

5. Выполнить анализ полученных результатов и сделать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Методы расчета перемещений конструкций.

2. Определение перемещений фермы методом Мора.

3. Экспериментальное определение перемещений фермы.

4. Устройство индикатора часового типа.

5. Конструкция и принцип работы нагружающего устройства.

6. Как осуществляется контроль задаваемой нагрузки?

7. Порядок проведения эксперимента.

8. Обработка результатов эксперимента и расчета.

9. Выводы по результатам сравнения экспериментальных и расчетных данных.

10. Чем можно объяснить отличие результатов эксперимента от результатов расчета?

Лабораторная работа № 3 расчет и экспериментальная проверка напряжения в сварном тонкостенном сосуде

Цели работы:

1. Закрепить навыки по расчету и конструированию тонкостенных сосудов.

2. Произвести оценку напряженного состояния в различных местах сварного тонкостенного сосуда тензометрированием и сравнить с расчетными данными.

Оборудование, материалы и пособия:

1. Сварной тонкостенный сосуд (рис. 6).

2. Гидравлическая станция испытательной машины "Р-10".

3. Тензостанция "СИИТ-3".

4. Инструкции по эксплуатации тензостанции и испытательной машины.

Организационные указания

Перед выполнением работы группа разбивается на 4 бригады по 45 человек. Задание на проектирование сварного сосуда для каждой бригады представлено в табл. 3. Оценку напряженного состояния все бригады производят для одних и тех же мест (где наклеены тензорезисторы).

Пояснения к работе

Сварные сосуды имеют различное назначение: воздухосборники, сосуды для хранения жидкостей и газов (в том числе и сжиженных), емкости для обработки разнообразных веществ в различных средах при низких и высоких температурах и давлении.

Сварные сосуды имеют весьма развитые площади и объемы, поэтому отличаются среди сварных конструкций большой металлоемкостью, вследствие чего прочностные расчеты приобретают особенно важное значение. Правильно выбранная форма конструкции и выполненный расчет позволяют существенно снизить расход металла.

В практике конструирования сварных сосудов иногда встречаются ситуации, когда заказчик не выдает весь набор исходных данных для расчетов, а указывает лишь необходимый их минимум, исходя из технологического назначения сосуда (объем, давление и температура рабочей среды). При этом именно на проектировщика возлагается вся задача по рациональному конструированию данного сосуда. Для этого конструктор должен обладать знаниями о рациональных, с разных точек зрения, формах сосудов.

Рис. 6. Сварной тонкостенный сосуд:

а  разрез сосуда; б  схема расположения розеток тензорезисторов

Таблица 3. Задание на проектирование и результаты расчета сварного тонкостенного сосуда

Бригада (вариант)

Исходные данные

Данные расчета

V, м3

Р, МПа

Формы днищ сосуда

Dц / H; , °

Dц, м

Н, м

hд, м

Sц, мм

Sд, мм

2Gд, кг

Gц, кг

G, кг

I

сферические

0,5

II

эллиптические

0,5

III

сферические с торовым переходом

0,5

IV

конические

0,5 60°

V

конические с торовым переходом

0,5 60°

VI

плоские (цилиндр)

0,5

VII

шар

1

Примечания: Н  общая высота сосуда; Dц  диаметр цилиндрической части сосуда;   угол конуса (для вариантов IV и V); hд  высота днища; Sд и Sц  толщина днища и цилиндрической части сосуда соответственно; 2Gд = 2FдSд  вес днищ (  удельный вес материала, из которого изготовлен сосуд); Gц = FцSц  вес цилиндрической части сосуда (Fд и Fц  площадь боковой поверхности днища и цилиндрической части сосуда соответственно); G = 2Gд+Gц  вес сосуда. VI и VII варианты даны и рассчитываются всеми бригадами для сравнения с исследуемыми.

В настоящей лабораторной работе необходимо спроектировать сосуд из стали Ст3 с объемом V, давлением Р и формой днищ, заданными в табл. 3, температура стенки равна 293 К, среда  ин­дустриальное масло, плотность металла сосуда  = 7,85 т/м³.

Напряжения, возникающие в тонкостенных оболочках вращения, доста­точно легко определить, используя безмоментную теорию оболочек:

; или , (17)

где _t , _m  соответственно кольцевые и меридиональные напряжения;

R_m, R_t  радиусы кривизны меридиана и перпендикулярного к нему сечения (радиус кольца);

Р  внутреннее давление в сосуде;

S  толщина стенки сосуда.

Цилиндрическая оболочка

Для цилиндра R_m = , R_t = R_ц. Подставив эти выражения в формулу (17), получим:

; , (18)

где _t  это напряжения в продольном сечении цилиндрической обечайки или в продольном стыковом шве (рис. 7, а).

Рис. 7. Схемы действия сил на цилиндрическую оболочку: