- •Работа №2 испытание на сжатие пластичных и хрупких материалов
- •Работа № 3 испытание на сжатие дерева
- •Работа № 4 испытание на срез стального и деревянного образцов
- •Работа № 5 ударное испытание образца на изгиб
- •Работа №6 определение упругих постоянных материала
- •Работа№7 опытное определение коэффициента концентрации напряжений
- •Работа №8 испытание стальной балки на поперечный изгиб
- •Работа №9 определение деформаций балки при изгибе
- •Работа № 10 определение твердости материала
- •Работа №11 испытание стального образца на кручение в пределах упругих деформаций
- •Работа № 12 испытание на кручение цилиндрических образцов из различных материалов
- •Работа №13 определение положения центра изгиба для балки незамкнутого тонкостенного профиля
- •Работа №14 испытание консольной балки на косой изгиб
- •Работа № 15 испытание стального образца на внецентренное сжатие
- •Работа № 16 проверка теоремы о взаимности перемещений
- •Работа № 17 испытание прямого стержня на продольный изгиб
- •Работа № 18 испытание на изгиб плоского бруса большой кривизны
- •308012, Белгород, Костюкова, 46.
Работа№7 опытное определение коэффициента концентрации напряжений
Цель работы: определить коэффициент концентрации напряжений при растяжении пластины, ослабленной отверстием.
Концентрацией напряжений называется резкое увеличение напряжений вблизи отверстий, выточек, шпоночных пазов, резких переходов сечений и т.д.
Причины, вызывающие концентрацию напряжений (отверстия, выточки и т.д.), называются концентраторами напряжений.
На рис.17 представлено распределение нормальных напряжений в поперечном сечении пластины, ослабленной отверстием.
Максимальные напряжения возникают на краях отверстия и быстро снижаются по мере удаления от него. Таков же характер распределения напряжений вблизи других концентраторов. Поэтому напряжения в зоне концентраторов называются местными напряжениями.
Рис.17 Рис.18
Количественной характеристикой концентрации напряжений является теоретический коэффициент концентрации равный отношению максимального местного напряженияк номинальному напряжению
, (26)
Под номинальным понимается напряжение, которое определяется по формулам сопротивления материалов без учета концентрации напряжений. Так, в случае растяжения
(27)
где- наименьшая площадь поперечного сечения (нетто).
Коэффициенты концентрации напряжений определяются либо экспериментально, либо методами теории упругости и приводятся в справочной литературе в виде таблиц или графиков в зависимости от вида концентратора и его размеров.
Рассчитывая на прочность при растяжении деталь с концентратором, инженер отыскивает в справочной литературе значение , вычисляет номинальное напряжениепо формуле (27) и затем определяет максимальное напряжение в зоне концентратора
(28)
по которому оценивает прочность детали.
На рис.18 приведен график для определения теоретического коэффициента концентрации напряжений в случае растяжения пластины с круговым отверстием, из которого следует, что с уменьшением диаметра отверстия коэффициент концентрации напряжений увеличивается и приближается к 3 при d 0.
Принято считать, что пластичные материалы мало чувствительны к концентрации напряжений при статической нагрузке, так как у них происходит выравнивание напряжений за счет пластических деформаций. При переменных и динамических нагрузках концентрация для пластичных материалов является опасной, так как выравнивание напряжений не успевает произойти.
Хрупкие материалы очень чувствительны к концентрации напряжений при статической, динамической и переменной нагрузках. Особенно чувствительны к концентрации напряжений закаленные высокоуглеродистые и легированные стали и тем больше, чем выше их характеристики прочности.
Для уменьшения концентрации напряжений следует заменять резкие переходы сечений плавными, избегать острых надрезов, глубоких выточек и т.д.
Концентрация напряжений имеет место также при изгибе и кручении.
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Испытания производятся путем растяжения на испытательной машине стальной пластины размерами с центральным отверстием32,5мм (либо с центральным отверстием 16 мм).
В ослабленном поперечном сечении пластины ( рис.17 ) наклеены тензодатчики 1 и 2 базой 5 мм, продольная ось которых параллельна растягивающей силе. Тензодатчик 1определяет номинальное напряже- ние, а тензодатчик 2 - максимальное напряжение.
Проведение испытания
1. Установить пластину в захватах испытательной машины.
2. Подключить тензодатчики к измерителю деформаций.
3. Записать начальные показания тензодатчиков
4. Плавно нагрузить пластину усилием F = 20 кН.
5. Записать конечные показания тензодатчиков
6. Разгрузить пластину.
Результаты испытаний
Таблица 8
Вариант |
Нагрузка , кН |
Датчик № 1 |
Датчик № 2 |
1 |
0 |
−456 |
84 |
25 |
−310 |
420 | |
2 |
0 |
1245 |
5760 |
25 |
1380 |
6060 | |
3 |
0 |
2718 |
2944 |
25 |
2868 |
3284 | |
4 |
0 |
2 |
100 |
25 |
140 |
430 | |
5 |
0 |
682 |
148 |
25 |
830 |
480 | |
6 |
0 |
153 |
756 |
25 |
300 |
1090 | |
7 |
0 |
2321 |
1254 |
25 |
2470 |
1589 | |
8 |
0 |
143 |
1618 |
25 |
290 |
1950 | |
9 |
0 |
1366 |
2268 |
25 |
1506 |
2604 | |
10 |
0 |
144 |
1563 |
25 |
290 |
1900 |
По окончании испытаний следует сделать вывод о расхождении опытного и теоретического коэффициентов концентрации напряжений.
Все расчеты и выводы по работе занести в журнал лабораторных работ.
Обработка результатов испытания
1. Вычислить относительные деформации и по формуле (22).
2. Подставить значенияи формулу закона Гука (20) и вычислить соответственно напряжения и .
3. Вычислить опытное значение коэффициента концентрации напряжений по формуле (26).
4. Вычислить расхождение в процентах между опытным значением и теоретическим значением , определенным из графика (рис.18).
Контрольные вопросы
Что называют концентратором напряжения?
Какие напряжения характеризуют ослабленное сечение пластинки с отверстием?
Как определяют количественную характеристику концентрации напряжений?
По какой формуле определяют номинальные напряжения при растяжении пластины с концентратором?
Как рассчитать максимальные напряжения в зоне концентратора?
Какие материалы чувствительны к концентрации напряжений при статической нагрузке?
Какие меры рекомендуете Вы для уменьшения концентрации напряжений?