Испытание на сжатие образцов Определение деформаций при косом изгибе Лабораторные работы по сопромату Испытание материалов на выносливость Проверка теории изгибающего удара Расчет на прочность и жесткость Метод сечений

Лабораторные работы по сопромату

Понятие о напряжениях.


 



Осевое растяжение, сжатие прямолинейных стержней.

Растяжение, сжатие – это деформация, при которой в поперечном сечении возникает только продольная сила. Будем считать, что при осевом растяжении, сжатии справедлива гипотеза Бернулли (гипотеза плоских сечений).

Сечения плоские и параллельные между собой до деформации остаются параллельными, и после деформации, изменяются только расстояния меду ними.

Поскольку справедлива гипотеза Бернулли, то напряжения в сечениях будут распределяться по сечению равномерно, за исключением участков в близи приложения внешних нагрузок (принцип Сен-Венана).

Продольные и поперечные деформации.

Связь между напряжениями и деформациями. Закон Гука.

Для каждого материала существует определённая зависимость между напряжениями и деформациями. Они определяются экспериментально.

 

Всё это – прочностные характеристики.

Перемещение поперечного сечения стержня.


Используя закон Гука и можно получить:

 

Если , то (EA – жёсткость стержня).

Расчет на прочность и жёсткость стержня.

Статически неопределимые системы.

Статически неопределимая система – это система, в которой усилия нельзя определить только при помощи уравнений статики.

Мы должны записать уравнение совместной деформации.

Разность между количеством неизвестных, которые необходимые определить, и числом независимых уравнений статики, называется степень статической неопределимости. Степень статической неопределимости равняется количеству добавочных уравнений (уравнения совместной деформации).

Для того чтобы записать эти добавочные уравнения нужно рассмотреть всевозможные комбинации деформации элементов системы, чтобы система оставалась кинематически неизменимой.

 Технологические и эксплуатационные свойства

Технологические свойства

Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться различным способам холодной и горячей обработки.

1. Литейные свойства.

Характеризуют способность материала к получению из него качественных отливок.

Жидкотекучесть – характеризует способность расплавленного металла заполнять литейную форму.

Усадка (линейная и объемная) – характеризует способность материала изменять свои линейные размеры и объем в процессе затвердевания и охлаждения. Для предупреждения линейной усадки при создании моделей используют нестандартные метры.

Ликвация – неоднородность химического состава по объему.

2. Способность материала к обработке давлением.

Это способность материала изменять размеры и форму под влиянием внешних нагрузок не разрушаясь.

Она контролируется в результате технологических испытаний, проводимых в условиях, максимально приближенных к производственным.

Листовой материал испытывают на перегиб и вытяжку сферической лунки. Проволоку испытывают на перегиб, скручивание, на навивание. Трубы испытывают на раздачу, сплющивание до определенной высоты и изгиб.

Критерием годности материала является отсутствие дефектов после испытания.

3. Свариваемость.

Это способность материала образовывать неразъемные соединения требуемого качества. Оценивается по качеству сварного шва.

4. Способность к обработке резанием.

Характеризует способность материала поддаваться обработке различным режущим инструментом. Оценивается по стойкости инструмента и по качеству поверхностного слоя.

Эксплуатационные свойства

Эксплуатационные свойства характеризуют способность материала работать в конкретных условиях.

Износостойкость – способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения.

Коррозионная стойкость – способность материала сопротивляться действию агрессивных кислотных, щелочных сред.

Жаростойкость – это способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.

Жаропрочность – это способность материала сохранять свои свойства при высоких температурах.

Хладостойкость – способность материала сохранять пластические свойства при отрицательных температурах.

Антифрикционность – способность материала прирабатываться к другому материалу.

Эти свойства определяются специальными испытаниями в зависимости от условий работы изделий.

При выборе материала для создания конструкции необходимо полностью учитывать механические, технологические и эксплуатационные свойства.

МАШИНЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ

Для испытаний применяют машины, позволяющие производить нагружение образца, измерять величины приложенных к нему усилий и полученных образцом перемещений. Лабораторные ра­боты 1 и 3 проводятся на универсальной испытательной машине УММ-5, лабораторная работа 2 проводится на разрывной машине РМ-3-1. Универсальные машины позволяют, используя различные приспособления, производить испытания на растяжение, сжатие, изгиб, срез, скалывание, а также технологические пробы. Испыта­тельные машины могут иметь гидравлический или механический при­вод рабочих органов.

По механизму, измеряющему усилия, различают: а) рычажно-маятниковые измерительные устройства; б) гидравлические устройства, давление в которых измеряется манометрами; в) пружинные силоизмерители и некоторые другие.

Наиболее чувствительными и точными являются машины с рычажно-маятниковыми силоизмерениями. Они отличаются надежностью силоизмерения и простотой конструкции.

Универсальная испытательная машина УММ-5 с максимальным усилием нагружения 49 кН снабжена рычажно-маятниковым силоизмерителем. Внешний вид ис­пытательной машины УММ-5 и кинематическая схема ее силоизмерительного устройства показаны на рис.1. Машина имеет пять скоростей нагружения, м/с: 3,33-10-5; 6,67-10-5; 1,67-10-4; 3,33-10-4; 8,33-10-4 и одну скорость холостого хода, равную 1,67-10-3 м/с. Максимальное расстояние между захватами равно 0,8 м. Погрешность измере­ний равна ± 1% от величины измеряемой нагрузки. Для повы­шения точности измерений имеется четыре диапазона измеряемых нагрузок (табл. 1).

 Для создания усилия растяжения вращение от электродвигателя передается через червячную передачу 1 на впрессованную в червячное колесо гайку, в которую вворачивается винт 2, связанный с нижним захватом 3. Это усилие через образец 4, верхний захват 5 и систему рычагов 6 уравновешивается весом груза 10, расположенного на конце маятника 7. Маятник связан зубчатой реечной передачей со шкалой нагрузки 8, а также с диаграммным устройством 9. Это устройство через систему зубчатых передач и зубчатую реечную передачу также связано с нижним захватом 3, что позволяет автоматичес­ки записывать диаграмму растя­жения – график зависимости абсолютного удлинения ∆ℓ от усилия растяжения F. Имеются два масштаба фиксации абсолютного удлинения: 1:1 и 5:1. 

 Таблица 1

Обозначение шкалы

Диапазон

измеряемых

нагрузок, Н

Цена

наименьшего

деления, Н

Интервал отсчетов

с гарантированной

точностью ± 1 %, Н

А
Б
В
Г

0 – 4900

0 – 9800

0 – 24500

0 – 49000

 9,8

19,6

49,0

98,0

1960 – 4900

1960 – 9800

1960 – 24500

4900 – 49000


Разрывная машина РМ-3-1 позволяет испытывать одиночные нити на разрыв в соответствии со стандартом [16]. Общий вид и принципиальная кинематическая схема машины РМ-3-1 представлены на рис. 2.

Разрывная машина РМ-3-1 снабжена рычажно-маятниковым силоизмерителем. Машина имеет начальное расстояние между зажимами до 500 мм, рабочий ход нижнего зажима – 350 мм, скорость опускания нижнего зажима от 80 до 800 мм/мин. Максимальная разрывная нагрузка 2940 кН. Погрешность измерений равна ± 1 % от измеряемой силы.

Для создания усилия растяжения нити вращение от электродвигателя  передается через червячную передачу 1 на впрессованный в червячное колесо винт 2, в который вворачивается гайка, связанная с нижним захватом 3. Сила натяжения F через нить 4, верхний захват 5 и вращаюшийся барабан 6 уравновешивается весом груза 9, расположенного на конце маятника 7. С увеличением силы натяжения испытываемой нити увеличивается угол поворота маятника, который измеряют по шкале нагрузок 8. Нижний зажим тягой 10 связан с зубчатой рейкой 11, которая через зубчатое колесо 12 приводит в движение шкалу удлинения 13.

В момент разрыва нити маятник стремится опуститься, и микровыключатель 14 размыкает цепь питания электродвигателя.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении всех лабораторных работ необходимо соблюдать следующие условия:

- строго выполнять указания преподавателя и учебного мастера, проводящих лабораторные работы;

- не приступать к выполнению лабораторных работ без ознакомления с устройством разрывных машин и техникой безопасности при работе с ними;

- выполнять лабораторные работы в соответствии с описанием;

- не прикасаться к токоведущим частям лабораторного оборудования;

- следить за тем, чтобы в движущиеся части разрывных машин не попадали посторонние предметы;

- не подходить близко к грузам, подвешиваемым на разрывные машины.


Содержание и задачи курса сопротивление материалов