3. Порядок выполнения работы по определению критической силы

3.1 Отрезать образец заданной длины.

3.2 Провести измерение диаметра образца d микрометром в средней части в двух перпендикулярных направлениях и измерение длины образца L линейкой или штангенципркулем.

3.3 Провести нагружение образца продольным изгибом с записью диаграммы нагрузка-перемещение, не доводя образец до разрушений.

3.4 Укоротить образец на заданную длину, повторить нагружение по п.3.3.

3.5 Построить зависимости нагрузка-перемещение для образцов разной длины (рисунок 3).

длина стержней 1–6: 350; 400; 450; 500; 550; 600 мм а

длина стержней 1–7: 300; 350; 400; 450; 500; 550; 600 мм б

Рисунок 3 – Типичные графики нагружений стеклопластиковых стержней диаметром 5,5 мм (а) и 7,5 мм (б) на продольный изгиб

3.6 По диаграммам нагружений определить экспериментальное значение критической силы Р_{кр. эксп} как точки перелома.

3.7 По выражению (6) для испытанного образца рассчитывают теоретическое значение критической силы Р_{кр. расч}, зная модуль упругости данного образца.

3.8 Определить величину отклонения экспериментального значения критической силы от расчетной, по выражению:

(8)

3.9 По значению критической силы можно определить вызванное ею критическое сжимающее напряжение, при котором прямолинейная форма равновесия стержня становится неустойчивой:

,

(9)

где  – гибкость стержня, определяемая по формуле

,

(10)

где i – радиус инерции поперечного сечения стержня, м.

3.10 Данные измерений и расчетов занести в таблицу 1.

Таблица 1 – Определение критической силы стержней разной длины

Диаметр образца d (мм)	Длина образца L (мм)	Гибкость 	Критическая сила (экспериментальная) Ркр. эксп (Н)	Критическая сила (расчетная) Ркр. расч (Н)	Отклонение ΔР (%)	Напряжение σкр (МПа)

3.11. Построить зависимость критического напряжения от гибкости σ_кр-, определить экспериментальное значение модуля Юнга Е, сравнить с приятым в расчете.

4. Порядок выполнения работы по определению механических свойств

4.1 Провести подготовку образцов и испытания в соответствии с методикой испытаний, принятой в ТУ 2296-001-20994511-2006. Распечатать и приложить к отчету протоколы испытаний.

4.2 По массивам данных построить диаграммы нагружения в координатах сила-перемещение (рисунок 2а) и напряжение-деформация (рисунок 2б).

4.3 Используя выражения (1)-(3), по диаграммам нагружения определить механические характеристики образца: прочность σ, предельную деформацию ε и модуль упругости Е. Сравнивают полученные результаты с результатами испытаний, указанными в протоколе испытаний. По диаграмме сила-перемещение определяют экспериментальное значение критической силы Р_{кр. эксп}

4.4 По выражению (6) для испытанного образца рассчитывают теоретическое значение критической силы Р_{кр. расч}, зная модуль упругости данного образца.

4.5 Определяют величину отклонения экспериментального значения критической силы от расчетной, по выражению (8).

4.6 Результаты испытаний и расчетов заносят в таблицу 2 и оформляют отчет.

Отчет о работе должен содержать: титульный лист, цель работы, задание, схему метода испытаний или установки, расчетные выражения, протокол испытаний, диаграммы нагружения, результаты испытаний и расчетов в виде таблицы 1 и 2, вывод.

Вывод о работе должен соответствовать поставленным целям и отражать сущность проделанной работы и содержать количественные значения экспериментально определенных показателей.

Таблица 2 – Результаты испытаний образцов на продольный изгиб

Наименование параметра	Обозначение и размерность	Значение
Диаметр образца	d (мм)
Длина образца	L (мм)
Площадь поперечного сечения образца	F (мм2)
Момент сопротивления поперечного сечения образца	w (мм3)
Момент инерции поперечного сечения образца	I (мм4)
Прочность	σ (МПа)
Предельная деформация	ε (%)
Модуль упругости	Е (МПа)
Критическая сила (экспериментальная)	Ркр. эксп (Н)
Критическая сила (расчетная)	Ркр. расч (Н)
Отклонение	ΔР (%)

Контрольные вопросы

1. Что понимается под «продольным изгибом» в курсе Сопротивление материалов?

2. Что такое критическая сила (сила Эйлера)?

3. От каких параметров зависит критическая сила?

4. Что такое гибкость стержня?

5. Как зависит сила от условий заделки стержня?

6. Как определить критическое напряжение?

7. Как критическое напряжение зависит от длины стержня?

8. Какие три области обычно выделяют для разных материалов на диаграмме напряжение-гибкость?

9. Что такое коэффициент продольного изгиба φ, отчего он зависит?

10. В чем заключается сущность метода испытаний на продольный изгиб?

11. Какие механические свойства определяют в результате испытаний?

12. Формулы для определения прочности, деформации и модуля упругости.

13. Укажите на диаграмме нагружения точку, соответствующую критической силе.

14. Каков физический смысл модуля Юнга и как его определить по диагрмамме?

15. Проанализируйте диаграммы нагружения стеклопластиковых образцов и диаграммы нагружения на растяжение образца из малоуглеродистой стали (работа №1). В чем сходство и отличие? Как отличаются механические свойства стали и стеклопластика? Какова пластичность и упругость материалов?