Дисциплина "Сопротивление материалов". Выполнение лабораторных работ

Определение деформаций при косом изгибе балки

 Ц е л ь р а б о т ы: определить опытным путем величину и направление прогиба свободного конца консоли при косом изгибе и сравнить полученные результаты с величинами, вычисленными теоретически.

  Т е о р е т и ч е с к а я ч а с т ь р а б о т ы. Косым изгибом называют такой вид изгиба, при котором плоскость действия внешних нагрузок (силовая плоскость) не совпадает ни с одной из главных центральных осей инерции поперечного сечения бруса.

 Косой изгиб представляют в виде двух прямых изгибов относительно главных центральных осей инерции поперечного сечения (рис. 3.18). При этом сила  раскладывается на две составляющие:

   ; . (3.35)

 Эти силы вызывают соответствующие прогибы свободного конца балки  и , которые определяют по формулам:

  . (3.36)

Результирующий прогиб  определяют геометрическим суммированием прогибов по формуле:

  . (3.37)

При этом максимальные напряжения в брусе не должны превышать предел пропорциональности ().

Угол  между направлением прогиба   и осью  определяется также, как и угол  (угол наклона нулевой линии  к оси ) из формулы:

 . (3.38)

Таким образом, перемещение центра тяжести любого поперечного сечения при косом изгибе происходит в плоскости, перпендикулярной к нулевой линии  и не совпадающей с силовой плоскостью (рис. 3.18).

Определение нормальных напряжений в балке при прямом изгибе Ознакомление с методом электротензометрирования. Опытное изучение закона распределения нормальных напряжений по высоте сечения балки и сравнение с напряжениями, вычисленными теоретически. Прямым изгибом называют такой изгиб, при котором силовая плоскость совпадает с одной из главных плоскостей балки.

Определение главных напряжений при совместном изгибе и кручении тонкостенной трубы Определение опытным путем величины и направления главных напряжений в поверхностном слое тонкостенной трубы при кручении, а также при одновременном изгибе и кручении, и сравнение их с данными, полученными теоретическим расчетом.

Определение напряжений при внецентренном растяжении бруса Определить опытным путем нормальные напряжения в крайних волокнах поперечного сечения бруса при внецентренном растяжении и сравнить их с напряжениями, вычисленными теоретически.

Определение напряжений в стенке тонкостенного сосуда Ц е л ь р а б о т ы: определение напряжений в стенке тонкостенного осесимметричного сосуда, находящегося под действием внутреннего давления, и сравнивание с напряжениями, полученными расчетным путем. Тонкостенным осесимметричным сосудом называют оболочку, срединная поверхность которой представляет собой поверхность вращения, а соотношение толщины её стенки  и наименьшего главного радиуса кривизны срединной поверхности  составляет .

Определение деформаций при прямом поперечном изгибе балки Ц е л ь р а б о т ы: экспериментальное определение деформаций балки при плоском поперечном изгибе и сравнение их с деформациями, вычисленными теоретическим расчетом. Прямым изгибом называют такой изгиб, при котором плоскость действия изгибающих нагрузок проходит через одну из главных осей инерции поперечного сечения балки. Изгиб называют поперечным, если в поперечных сечениях балки наряду с изгибающим моментом возникают и поперечные силы. При прямом изгибе ось балки и после деформации остается в плоскости внешних сил.

Определение момента в защемлении статически неопределимой балки Экспериментальное определение момента в защемлении статически неопределимой балки и сравнение его с моментом в защемлении, полученным теоретическим путем. Балки, для которых определение опорных реакций не может быть произведено лишь при помощи уравнений статического равновесия, называют статически неопределимыми. Кроме уравнений равновесия для раскрытия статической неопределимости составляют дополнительные уравнения – условия совместности перемещений. 

Проверка интеграла Мора на примере плоской статически неопределимой рамы Опытное определение величины горизонтального перемещения подвижной опоры статически определимой рамы и распорного усилия статически неопределимой рамы. Сравнение этих величин с данными, полученными по теоретическим формулам.

Проверка теории изгибающего удара Опытное определение динамического коэффициента при изгибающем ударе по середине пролета двухопорной балки и сравнение его с динамическим коэффициентом, полученным расчетом.

О п и с а н и е л а б о р а т о р н о й у с т а н о в к и. Установка состоит из основания 1 (рис. 3.19), в котором защемлен одним концом стальной брус 2 прямоугольного поперечного сечения, повернутый так, что главная ось инерции  образует с плоскостью действия

  Рис. 3.18. Расчетная схема Рис. 3.19. Схема лабораторной

 косого изгиба  установки

 

внешней нагрузки угол . Конструкция защемления бруса позволяет произвольно менять угол . Нагрузка прикладывается в центре тяжести свободного конца балки через гиревой подвес 4. Измерение перемещений в направлении главных осей инерции  и  осуществляется, соответственно, индикаторами 3 и 5 часового типа ИЧ-10, устройство которых описано в работе 3.5.

М е т о д и к а в ы п о л н е н и я о п ы т а и о б р а б о т к а 

р е з у л ь т а т о в. 1. Штангенциркулем измеряют размеры поперечного сечение бруса   и  с точностью 0,1 мм, определяют угол наклона силовой плоскости , расчетную длину балки .

2. К грузовому подвесу 4 прикладывают начальную нагрузку  Н. Величину этой нагрузки и показания обоих индикаторов 4 и 5 принимают за исходные и записывают в таблицу опытных данных. Затем прикладывают ступень нагружения  и фиксируют в таблице показания индикаторов 3 и 5. Опыт повторяют не менее трех раз. Обработав данные опыта, согласно требованиям раздела 4 и зная цену деления индикатора , вычисляют опытные значения составляющих полного прогиба в направлении осей  и   по формулам:

  (3.39)

 После этого по формуле (3.37) вычисляют опытное значение полного прогиба . Опытное значение угла наклона плоскости полного прогиба  рассчитывают по полученным выше значениям прогибов и  по формуле: . (3.40)

 3. С учетом принятой величины ступени нагружения по формулам (3.36) вычисляют теоретические величины составляющих полного прогиба  и , а по формуле (3.37) – полный прогиб . Теоретическое значение угла наклона плоскости полного прогиба вычисляют по формуле (3.40). При этом обработку данных проводят в соответствии с требованиями раздела 4.

 В заключение проводят сравнение теоретических и опытных значений.

Содержание отчета

Название лабораторной работы.

Цель работы.

Схема установки.

Исходные данные.

4.1. Ширина поперечного сечения балки .

4.2. Высота поперечного сечения балки .

Длина балки . 4.4. Модуль упругости материала .

Осевые моменты инерции сечения  и Jy. 4.6. Угол наклона силовой плоскости . 4.7. Цена деления индикатора .

Результаты эксперимента.

№ п/п

Нагрузка

Приращение нагрузки

Показания индикаторов

Приращения показаний индикаторов

Среднее значение приращений

Обработка результатов опыта.

6.1. Прогиб в направлении главных осей инерции поперечного сечения   и .

6.2. Полный прогиб .

6.3. Угол наклона плоскости прогиба к вертикальной оси .

Теоретический расчет.

7.1. Значения внешних нагрузок в направлении главных осей инерции поперечного сечения  и , приходящихся на ступень нагружения .

7.2. Прогибы в направлении главных осей инерции поперечного сечения и .

7.3. Полный прогиб .

7.4. Угол наклона плоскости прогиба к вертикальной оси .

8. Сравнение опытных и теоретических значений.

Вопросы для самоконтроля

1. Какова цель лабораторной работы?

2. Как устроена лабораторная установка?

3. Какой изгиб называют косым? Какие виды изгибов Вы еще знаете?

4. Что называют плоскостью изгиба? Силовой плоскостью?

5. Что называют нейтральной (нулевой) линией при косом изгибе балки и как она расположена относительно плоскости действия изгибающего момента (силовой плоскости)?

6. Как расположена линия полного прогиба по отношению к плоскости действия изгибающего момента? По отношению к нулевой линии сечения?

7. Как вычислить теоретически составляющие и суммарный прогиб конца консольной балки при косом изгибе?

8. Как будет изменяться суммарный прогиб конца консоли от действия постоянной нагрузки при увеличении угла ? При его уменьшении?

Как определяют положение нулевой линии?

10. Как определяют угол между суммарным прогибом и силовой плоскостью?

Какие силовые факторы действуют в поперечных сечениях балки при косом изгибе?

12. Как определить суммарный прогиб опытным путем?

13. Как изменится соотношение величин прогибов, если прямоугольное сечение балки заменить круглым, квадратным?

Назовите формы поперечных сечений балок, для которых невозможен косой изгиб.

Магнитные превращения

Некоторые металлы намагничиваются под действием магнитного поля. После удаления магнитного поля они обладают остаточным магнетизмом. Это явление впервые обнаружено на железе и получило название ферромагнетизма. К ферромагнетикам относятся железо, кобальт, никель и некоторые другие металлы.

При нагреве ферромагнитные свойства металла уменьшаются постепенно: вначале слабо, затем резко, и при определ¨нной температуре (точка Кюри) исчезают (точка Кюри для железа – 014.gif). Выше этой температуры металлы становятся парамагнетиками. Магнитные превращения не связаны с изменением кристаллической решетки или микроструктуры, они обусловлены изменениями в характере межэлектронного взаимодействия.

Получение  монокристаллов.

Монокристаллы отличаются минимальными структурными несовершенствами. Получение монокристаллов позволяет изучать свойства металлов, исключив влияние  границ зёрен. Применение в монокристаллическом состоянии германия и кремния высокой  чистоты даёт возможность использовать их полупроводниковые свойства и свести к  минимуму неконтролируемые изменения электрических свойств.

 Монокристаллы  можно получить, если создать условия для роста кристалла только из одного центра  кристаллизации.

Свойства аморфных металлов.

При высоких скоростях  охлаждения из жидкого состояния (более 10 -6 С/сек) диффузионные процессы настолько  замедляются, что подавляется образование зародышей и рост кристаллов. В этом случае  образуется аморфная структура. Материалы с такой структурой получили название  аморфные металлические сплавы (АМС), или металлические стёкла. Затвердевание с  образованием аморфной структуры принципиально возможно практически у всех металлов.

Контрольные  вопросы.

В чём разница между первичной и вторичной кристаллизацией металлов?

Что  показывают кривые охлаждения и как они строятся?

Что характеризует горизонтальный  участок на кривой охлаждения простых металлов?

Почему на кривых охлаждения  аморфных веществ нет горизонтального участка?

Каков механизм процесса кристаллизации?

При  каком строении металлов обеспечивается высокая прочность и сопротивляемость ударным  нагрузкам?

Почему перегорает нить лампочки накаливания?(..с ростом зерна..)

Как  получить мелкозернистое строение металлов и сплавов?

Что представляют из  себя дендриты?

Охарактеризуйте монокристаллы.

Что такое гистерезис?

Аллотропия?  Полиморфизм?

Что такое аморфные металлы?

Какие процессы характеризует  точка Кюри?

Лекция 3

Свойства материалов и методы их испытаний.

Основные  свойства металлов и краткая их характеристика.

 


На главную