Лабораторная работа № 1 «Определение модуля упругости и коэффициента Пуассона».
Цель работы: Экспериментальное определение модуля упругости Е и коэффициента Пуассона при испытании стержня на растяжение.
Характеристика лабораторной установки.
Лабораторная работа выполняется на универсальном лабораторном стенде по сопротивлению материалов СМ2, на котором монтируется наладка № 1.
Схема установки.
1 – образец;
2 – нагружающее устройство,
3 – силоизмерительное устройство.
Рис.1.
Объектом испытаний в этой лабораторной работе является стержень (рис.2) прямоугольного поперечного сечения. Деформации измеряются посредством тензорезисторов фольгового типа, которые установлены в продольном и поперечном направлениях. Тензорезисторы подключены к электронному измерителю деформации.
Объект испытаний.
1,2 – продольные тензорезисторы,
3,4 – поперечные тензорезисторы.
Рис.2.
Краткие теоретические сведения.
Поведение материалов при упругой деформации описывается законом Гука, который определяет прямую пропорциональную зависимость между напряжением и деформацией.
Механизм упругого деформирования материалов состоит в обратимых смещениях атомов из положений равновесия в кристаллической решетке. Чем больше величина смещения каждого атома, тем больше упругая деформация тела. Величина упругой деформации невелика и для металлов и для их сплавов меньше 1%, т.к. в этом случае атомы в кристаллической решетке способны упруго смещаться лишь на небольшую долю межкристаллического расстояния.
Физический смысл модуля упругости состоит в том, что он характеризует сопротивление материалов упругой деформации, т.е. смещению атомов из положения равновесия в кристаллической решетке.
Модуль упругости определяется отношением нормального напряжения z к соответствующему относительному удлинению z при растяжении прямого стержня и выражается формулой:
или
где z – нормальное напряжение,
z – продольная деформация,
Р – сила, растягивающая стержень,
F – площадь поперечного сечения стержня.
Коэффициентом Пуассона называется абсолютное значение отношения поперечной деформации к продольной при одноосном напряженном состоянии:
,
х – поперечная деформация,
z - продольная деформация.
Порядок сборки стенда.
Установите на плиту стола две опорные стойки 1 и предварительно закрепите их к плите стола болтовыми соединениями так, чтобы стойки могли двигаться вдоль паза плиты. Головки болтов предварительно задвинте в паз плиты стола. Установите корпус 2 в сборе с ползуном 3 на левую стойку и закрепите болтами к стойке. Оденьте штурвал 4 на хвостовик корпуса 2 и закрепите центральным винтом. Установите корпус 5 на правую стойку и закрепите к стойке болтами. Закрепите специальными штифтами 6 к осям корпусов 2 и 5 вилки 7. Между вилками установите один из образцов для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона 8 и зафиксируйте специальными штифтами 6. Затяните гайки крепления стоек 2 и 5 к плите стола.
Нагружение образца производите вращением штурвала 4.
Рис.3