3. Оборудование и инструмент,
необходимые для выполнения работы
Общий вид и схема лабораторной установки приведены на рис. 2. 2 (вверху и внизу соответственно).
Н
а
плите 1 стендового стола с помощью
болтовых соединений 2 устанавливается
стойка 3, в которой закрепляется балка
прямоугольного поперечного сечения
4. Нагружение
осуществляется грузами 5, которые
устанавливаются на подвесах 6
и имеют возможность перемещения вдоль
балки.
Вертикальные перемещения точек балки
измеряют индикаторами 7 часового типа.
Рис.
2.2. Общий вид лабораторной установки
(вверху)
и ее принципиальная схема (внизу)
Точки измерения (А ) и расположения груза задаются преподавателем. Измерения элементов деформации консольного элемента производят индикатором часового типа И-50 с точностью 0,01 мм.
Масса грузов определяется с помощью электронных весов с точностью не ниже 5 г.
4. Порядок и методика выполнения работы
В указанных точках (А и В) сечения балки (рис. 2.2) расположить подвесы для грузов и установить индикаторы.
Установить стрелки индикаторов на "нуль".
Произвести предварительное нагружение; разгрузить балку и проверить положение стрелок индикатора (возврат их в исходное положение).
Нагрузить балку в точке А силой
и зафиксировать показания
индикатора в этой же точке (А1
).Затем в точке В нагрузить балку силой
,
измерить перемещение в точке 2
(В2)
и перемещение в точке 1.Разгрузить балку. Стрелки индикаторов должны вернуться в нулевое положение.
Произвести нагружение в обратном порядке: сначала нагрузить балку силой в точке А и снять показание индикатора в этой точке (А2). Затем – силой и замерить перемещения в точке В (В1).
Разгрузить балку. Проверить упругость материала балки - возвращение индикаторов на ноль.
Зная эти перемещения и длину тяги r, устанавливают величину тангенса угла
(рис.1); с учетом малых деформаций
рассчитывают угла поворота сечения
.Записать результаты опыта в таблицу, сопоставить экспериментальные и теоретические данные, сделать необходимые вычисления.
Закончить оформление отчета и представить его преподавателю для защиты.
3. Определение устойчивости стержня при продольном сжатии
1. Цель работы
Изучение процесса потери устойчивости при осевом сжатии стержня, экспериментальное определение критической силы и сравнение её с теоретическим значением.
2. Основные теоретические положения и методические указания
Одним из наиболее распростаненных видов напряженно-деформированного состояния в судостроении и судоремонте является продольное сжатие стержней. Так, например, при работе двигателя внутреннего сгорания шатун в каждом рабочем цикле при сгорании топлива испытывает такую сжимающую нагрузку. В условиях продольного сжатия работают стрелы судовых кранов и ряд других элементов СТС.
Отличительной особенностью разрушения таких элементов является внезапная потеря устойчивости, заключающееся в потере формы элемента при определенном уровне силового воздействия. При этом при меньших нагрузках оно практически незаметно.
Такое воздействие вызывается критической силой – наименьшей осевой сжимающей силой, способной удержать в равновесии слегка искривленный сжатый стержень.
Устойчивым называют такое равновесное состояние деформированного тела, когда при любом малом отклонении от этого состояния тело стремится возвратиться к нему после устранения причин, вызвавших это отклонение. В этом случае во время нагружения действовали только упругие напряжения и деформации.
Если же тело после устранения этих причин займет новое равновесное состояние (останется пластически деформированным), то говорят о потере устойчивости и его первоначальное состояние называют неустойчивым.
Устойчивость формы равновесия зависит от величины приложенных к телу нагрузок. Нагрузку, превышение которой вызывает потерю устойчивости, называют критической. Для прямолинейного стержня, сжатого продольной силой P, в упругой стадии деформирования для наиболее опасной наименьшей критической силы справедлива формула Эйлера
г
де
Е – модуль продольной упругости
материала стержня (модуль Юнга);
l – длина стержня;
–
минимальное значение момента инерции
поперечного сечения стержня;
Численное значение критической силы зависит не только от формы и размеров сечения стержня, но и от его положения (рис. 3.2).
В сопротивлении стержней продольному изгибу основную роль играет гибкость стержня, определяемая с учетом величины наименьшего радиуса инерции стержная является важнейшей характеристикой для определения его устойчивости.