Лабораторные работы по сопромату Испытание на ударную вязкость Расчет на прочность и жесткость Объёмные деформации Иследование напряжений при изгибе Композиционные материалы

Лабораторные работы по сопромату

Расчет на прочность и жесткость при растяжении - сжатии

Выбор материала и допускаемых напряжений.

Расчет физико-механических характеристик материала.

Диаграмма растяжения дюралюминия Д16 изображена на рис 1.1. Образец длиной l0=80 мм и диаметром d0=8 мм разрушается с образованием шейки d1=5,9 мм, что свидетельствует о том, что материал пластичный. Площадь поперечного сечения образца до испытаний:

после разрушения:

относительное остаточное

удлинение:

Относительное остаточное

сужение:

Определим основные характеристики прочности.

Предел пропорциональности

Условный предел текучести

Предел прочности (временное сопротивление σв)

 

Расчет допускаемых напряжений

Допускаемое напряжение [σ] выбираем, как некоторую долю предельного напряжения σпред, то есть 

где n – коэффициент запаса прочности.

Рекомендуемые знания n = 1,5 ÷ 2,5. Примем n = 1,5, тогда

МПа

 

  Проектировочный расчет на прочность ступенчатого стержня.

Для ступенчатого стержня представленного на рис 1.2 необходимо построить эпюру продольных сил, построить эпюру напряжений, отнесенную к площади А0, найти А0 из условия прочности.

Построение эпюры продольных сил.

Составим уравнение равновесия системы (рис 1.2)

, откуда

  Разобьем стержень на 3 участка АВ, ВС, СD, проведем на каждом из них произвольные сечения с координатами z1, z2, z3.

Участок АВ ( 0 ≤ z1 ≤ l1 = 0,2 м ). Из равновесия оставленной верхней части следует, что N(z1) = RA – qz1.

Значение N(z1) в начале участка т.А и в конце участка т.В равна N(z1=0) = RA = 48 кН и N(z1=l1) = RA – ql1 = 48 – 10 ∙ 0,2 = 46 кН.

На участке ВС ( 0 ≤ z2 ≤ l2 = 0,6 м ). Из условия равновесия получим N(z1) = RA – q(l1 + z2).

Значение N(z2) в начале участка т.В и в конце участка т.С равна N(z2=0) = =RA – ql1 = 48 – 10 ∙ 0,2 = 46 кН и N(z2=l2) = RA – q(l1 + l2) = 48 – 10(0,2 + 0,6) = =48 – 8 = 40 кН.

На участке СD ( 0 ≤ z3 ≤ l3 = 0,5 м ). Отбросим верхнюю часть, ее действие заменим продольной силой N(z3). Из условия равновесия следует

N(z3) = Р1 + q(l3 – z3).

Функция N(z3) представляет линейную зависимость. Значение N(z3) в начале участка т.D и в конце участка т.С равна N(z3=l3) = Р1 = 35 кН и N(z3=0) = Р1 + ql3 = 35 + 10 ∙ 0,5 = 35 + 5 = 40 кН.

По полученным данным построим ЭN (рис 1.3, а)

Рентгеноструктурный  анализ и рентгеновская дефектоскопия.

Рентгеновские лучи имеют ту же природу,  что и световые лучи, т. е. представляют собой электромагнитные колебания, но длина  их волн другая: световых лучей от 7,5 х10-5 до 4 х10-5 см, рентгеновских -- от 2 х10-7 до 10-9 см.

 Рентгеновские лучи получаются в рентгеновских трубках  в результате торможения электронов при их столкновении с поверхностью какого-либо  металла. При этом кинетическая энергия электронов превращается в энергию рентгеновских  лучей.

Рентгеноструктурный анализ основан на способности атомов в кристаллической  решётке отражать рентгеновские лучи. Отражённые лучи оставляют на фотопластинке  (рентгенограмме) группу пятен или колец. По характеру расположения этих колец  (пятен) определяют тип кристаллической решётки, а также расстояние между атомами  (положительными ионами) в решётке.

 

Рентгеновское просвечивание  основано на способности рентгеновских лучей проникать в глубь тела. Благодаря  этому можно, не разрезая металлических изделий, увидеть на рентгеновском снимке  различные внутренние дефекты металла: трещины, усадочные раковины, пороки сварки…  .

 Методы регистрации пороков в материале основаны на том, что рентгеновские  лучи, проходя через металл, частично поглощаются. При этом менее плотные части  металлического изделия (участки с пороками) поглощают лучи слабее, чем плотные  (сплошной металл). Это приводит к тому, что на рентгеновском снимке участки с  пороками будут иметь тёмные или светлые пятна на фоне сплошного металла.

  Современные рентгеновские аппараты позволяют просвечивать стальные изделия на  глубину до 60 – 100 мм.

 Для выявления дефектов в металлических изделиях  большой толщины начали применять гамма-лучи. Природа гамма-лучей аналогична рентгеновским,  но длина волны их меньше. Благодаря большой проникающей способности гамма-лучей  ими можно просвечивать стальные детали толщиной до 300 мм. 

Контрольные вопросы.

Что называют структурой металлов?

В чём различие между  макро- и микроструктурой металлов?

Какими способами исследуется макроструктура?

В  чём состоит различие макро- и микрошлифами?

**Почему металлографические  микроскопы работают не на проходящем, а на отражённом свете?

Почему отдельные  кристаллы анизотропны, а свойства металлических изделий одинаковы во всех направлениях?

Какие  свойства присущи телам кристаллического строения в отличие от аморфных тел?

Какова  природа рентгеновских лучей и как они образуются?

Как определяется тип  кристаллической решётки металла?

Какие типы кристаллических решёток вы  знаете?

**Каким из известных вам способов можно обнаружить газовую раковину  в стальной отливке на глубине 200 мм, не разрушая заготовки?

Задание: Из перечисленных ниже твёрдых веществ назовите вещества, имеющие определённую температуру  плавления: свинец, стекло, медь, янтарь, клей, магний, воск, железо, канифоль,  титан. К каким телам вы их отнесёте?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ СТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Ознакомление с тензометрами, позволяющими определить деформацию с точностью 0,001 - 0,002 мм.

Изучение методики замера деформации с помощью рычажного тензометра РТ и индикаторного тензометра ИТ-1, замера перемещений с помощью индикатора часового типа.

Определение модуля упругости Ε для стального образца при растяжении.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

В работе для определения модуля упругости проводится испытание на растяжение стального образца круглого поперечного сечения, деформация продольных волокон которого замеряется индикаторным тензометром ИТ-1 с базой l0=50мм.

Модуль упругости Ε стального образца определяется по формуле:

E = σ / ε = ΔΡ * l0 / (F0 * Δlпрод)

где σ = ΔΡ /F0 - напряжение;

ε = Δlпрод / l0 - относительное удлинение продольного волокна;

ΔΡ - приращение нагрузки на ступени нагружения;

FQ.- начальная площадь поперечного сечения;

Δlпрод - абсолютное удлинение продольного волокна, первоначальной длины l0 ( равной базе тензометра ИТ-1).

Исходные данные образца заполняются в таблицу 1.

Таблица 1.

Диаметр образца

d (мм)

Площадь поперечного сечения

F0 (мм2)

База тензометра

 l0 (мм)

Цена

деления

тензометра

а (мм)

ПОСТАНОВКА ОПЫТА

Перед началом испытаний на образце в рабочей ее части закрепляется тензометр ИТ-1. Устанавливаются: ΔΡi - ступени нагружения и Ртах -наибольшая величина растягивающего усилия. Затем разрывная машина Р-5 настраивается на соответствующий диапазон. Образец фиксируется в захватах машины и снимается начальное показание по шкале тензометра. После этого образец ступенчато (с одинаковыми ступенями ΔΡ) нагружается.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

На каждой ступени снимаются показания «ni» по шкале тензометра. В процессе растяжения образца необходимо следить за пропорциональностью нагрузки ΔΡi и приращениями показаний тензометра Δni.

Результаты испытаний заполняются в таблицу 2.

Таблица 2.

Нагрузка

Pi

Приращение нагрузки

ΔΡi =Pi – Рi-1

Показания тензометра

ni

Приращение делений

Δni = ni - ni-1

Абсолютное удлинение

 Δli = а * Δni

Δl среднее

P0 =

n0 =

P1 =

ΔP1 =

n1 =

Δn1 =

Δl1 =

По результатам экспериментальных замеров находим:

Δlср = , где к - число ступеней нагружения.

Далее по формуле

E =

определяем модуль упругости стального образца.

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.


Расчёт многопролётной статически определимой балки