2.5. Составление отчёта
2.5.1. Цель работы.
2.5.2. Изображение образца с тензорезисторами.
2.5.3. Исходные данные по стержню: b=150 мм; b=30 мм; h=2 мм. 2.5.4. Вычисление площади поперечного сечения образца.
2.5.5. Проведение опытов и заполнение таблицы 2.1.
2.5.6. Выбор соответствующих тарировочных коэффициентов из лабораторной работы № 1.
2.5.7. Определение усреднённых значений деформаций εXср и εYср.
2.5.8. Определение модуля Юнга.
2.5.9. Вычисление коэффициента Пуассона.
2.5.10. Выводы.
2.6. Контрольные вопросы
2.6.1. Изобразить диаграмму растяжения для пластичного материала с объяснением всех прочностных характеристик.
2.6.2. Объяснить закон Гука.
2.6.3. Характеристика модуля Юнга.
2.6.4. Характеристика коэффициента Пуассона.
2.6.5. Объяснить размещение тензорезисторов на стержне.
2.6.6. Объяснить способ нахождения тарировочных коэффициентов и их значение.
2.6.7. Объяснить линейное напряжённое состояние стержня.
2.6.8. Объяснить определение перемещений при растяжении (сжатии) при изменяющемся усилии и площади поперечного сечения стержня.
2.6.9. Жёсткость стержня при растяжении (сжатии).
2.6.10. Что фиксирует тензометр?
Лабораторная работа № 3 исследование напряженно-деформированного состояния стержня при кручении
3.1. Цель работы
Экспериментальное определение напряжений, возникающих при кручении тонкостенной трубы и сопоставление их с расчетными значениями.
3.2. Оборудование
Стойка 2 (рис. 3.1), образец 9, блок измерения усилий (0,5 кН), измеритель деформации ИТЦ-01, крепежные элементы, ключи.
3.3 Краткие теоретические сведения
При кручении тонкостенного стержня возникает плоское напряженное состояние – чистый сдвиг. Касательные напряжения, возникающие в поперечном сечении стержня, составят
, (3.1)
где Т = F·l – крутящий момент; WP ≈ πdср2h/2 – полярный момент сопротивления; F- сила, действующая на плечо рычага; l – длина рычага; dср – средний диаметр трубы; h – толщина стенки трубы.
При известных линейных деформациях в направлении осей U, V, расположенных под 45° по отношению к продольной и поперечной осям X, Y, используя обобщенный закон Гука, можно определить главные напряжения, совпадающие по величине с максимальными касательными напряжениями:
; (3.2)
, (3.3)
где μ – коэффициент Пуассона.
Рис. 3.1 Схема нагружения образца
3.4 Проведение эксперимента
Образец 9 (см. рис. 3.1) закрепляется на стойке 2. Устанавливается стойка 5 и к ней закрепляется датчик усилий. Затем на конце образца 9 устанавливается рычаг 13. Нагружение образца производится вращением гайки 19. Контроль нагружающей силы осуществляется снятием показаний блока измерителя усилий.
На тонкостенную ступенчатую трубу (образец) наклеены три тензорезистора (рис. 3.2): 1, 3 – под углом 45° к продольной оси, 2 – вдоль оси.
Рис. 3.2. Схема расположения датчиков на тонкостенном стержне
Подключаем к тензорезисторам прибор ИТЦ-01, а к датчику усилий – блок измерения усилий. Предварительно нагружаем образец силой 100 Н для устранения зазоров и фиксируем значения показаний датчиков 1, 3 с занесением в табл. 3.1. Затем последовательно нагружаем образец силой 200 Н, 300 Н и 400 Н со снятием показаний прибора ИТЦ-01 и записью в табл. 3.1.
Подсчитываем разности показаний прибора ИТЦ-01 для обоих датчиков на всех режимах нагружения и заносим в табл. 3.1. Усредняем разности показаний ИТЦ-01 для обоих датчиков, соответствующих приращению силы
ΔF = 100 Н и помещаем в табл. 3.1.
Взяв значения тарировочных коэффициентов Kд1 и Kд3 из лабораторной работы №1 (обязательно необходимо, чтобы каналы усиления по соответствующим номерам датчиков в работах 1 и 3 совпадали), определяем деформации εU и εV по следующим зависимостям:
; (3.4)
. (3.5)
Далее напряжения σ1 и σ3 находим по формулам (3.2) и (3.3), приняв
Е = 0,7·105 МПа, μ = 0,33.
Касательные напряжения находим по формуле (3.1), сопоставляем с экспериментальными показаниями и вычисляем отклонение (в %), приняв расчетное значение τmax за истинную величину.