СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………1
МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ..………………………………………2
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5. Опытная проверка напряжённого состояния балки при плоском чистом изгибе…...2
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6. Испытание двухопорной балки с консолью на прямой изгиб с определением нормаль-ных напряжений и перемещений..................................................10
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. Внецентренное растяжение. Определение напряжений………………………………………...19
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8. Определение напряжений
и перемещений при косом изгибе консольной балки .…...…….25
ВВЕДЕНИЕ
В науке о сопротивлении материалов важную роль играет экспериментальная часть, предметом которой является, во-первых, получение данных о физико-механических свойствах конструкционных материалов, а во-вторых, опытная проверка, обоснование и подтверждение теоретических предпосылок и гипотез.
Вопросы определения физико-механических характеристик материалов рассмотрены в 1-й части методических указаний к лабораторным работам по сопротивлению материалов1.
Целью лабораторного практикума, описанного в данной части, является исследование напряжённо-деформированного состояния прямых брусьев при различных видах деформации, проверка ряда основных гипотез и предпосылок, принятых в сопротивлении материалов, а также сопоставление эксперимен-тальных данных с результатами расчётов по теоретическим формулам.
В начале описания каждой лабораторной работы даются основные сведения из теории, а также характеристики применя-емых установок, оборудования, приборов. Далее излагается методика выполнения лабораторной работы и последователь-ность обработки результатов испытания; приводится форма отчёта, а также контрольные вопросы для подготовки студентов к защите отчёта при сдаче его преподавателю.
МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Студентам запрещается работать в лаборатории без пре-подавателя.
2. Студентам под руководством преподавателя разрешается работать только с тем оборудованием, которое необходимо для выполнения лабораторной работы.
3. Не трогать установки, оборудование и приборы, не используемые в выполняемой лабораторной работе.
5. Следить за устойчивым положением гирь при их распо-ложении на подвесах и при укладке на стол.
6. Не касаться приборов и деталей, которые могут оказать-ся под электрическим напряжением: розетки, рубильники, электродвигатели и провода и др.
7. Выполнять все требования преподавателя и персонала лаборатории.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
ОПЫТНАЯ ПРОВЕРКА НАПРЯЖЁННОГО СОСТОЯНИЯ БАЛКИ ПРИ ПЛОСКОМ ЧИСТОМ ИЗГИБЕ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: экспериментальное определение нормаль-ных напряжений и проверка линейного закона их распределения в поперечном сечении балки при чистом изгибе в стадии упругой работы материала; сравнение опытных данных с результата-ми теоретических расчётов.
5.1. Общие сведения
Прямым изгибом называется вид деформации прямого бру-са, возникающий в случае, когда внешние силы, приложенные к брусу, перпендикулярны к его продольной оси и располагают-ся в одной плоскости, проходящей через ось центров изгиба параллельно одной из главных плоскостей инерции бруса.
Если главная плоскость инерции является плоскостью симметрии бруса, то ось центров изгиба лежит в этой плоскости, а при наличии у поперечных сечений двух или более осей сим-метрии ось центров изгиба совпадает с продольной осью бруса.
Брус, испытывающий деформацию изгиба, называется балкой.
Прямой изгиб с переменными по длине балки или её участ-ка изгибающими моментами и отличными от нуля поперечными силами называется прямым поперечным изгибом.
Чистый изгиб – это такой вид изгиба, когда в поперечных сечениях бруса возникают постоянные по длине грузового участка или по всей длине балки изгибающие моменты, а поперечные силы равны нулю.
Касательные напряжения при чистом изгибе отсутствуют (τxy = τyx = τyz = τzy = τzx = τxz = 0), деформации сдвига нет, поэтому при чистом изгибе гипотеза плоских сечений подтверждается строго.
При использовании гипотезы о ненадавливании продольных волокон друг на друга в поперечном направлении σy = σz = 0. Поэтому при чистом изгибе во всех точках поперечного сечения бруса имеет место линейное (одноосное) напряжённое состояние.
Нормальные напряжения σx в точке сечения, расположен-ной на расстоянии у от его нейтральной оси, совпадающей с его главной центральной осью z, определяются по формуле:
(5.1)
где Mz – изгибающий момент;
Iz – осевой момент инерции поперечного сечения балки;
y – расстояние от рассматриваемой точки до главной цент-ральной оси z.
5.2. Описание установки
Данная работа выполняется на универсальном учебном комплексе СМ–1 (рис. 5.1).
Рис. 5.1
К плите стола 1 прикреплён болтами винтовой пресс 2. Образец 3 представляет собой двутавровую балку из алюмини-евого сплава Д16Т с концевыми опорами 4 и 5, соединёнными с плитой стола 1. На образец 3 установлена траверса 6 с закреп-лённым на ней датчиком усилий 7 (до 5 кН). Траверса 6 воспри-нимает давление нагружающего винта 8 пресса 2, возбуждаемое вращением штурвала 9, и передаёт его на образец поровну в двух точках А и В (рис. 5.1). В средней части пролета балки, где возникает чистый изгиб, наклеены девять тензорезисторов 10 для измерения относительных деформаций в различных точках по высоте одного сечения образца.
Сигналы от тензорезисторов воспринимаются и обрабаты-ваются прибором – измерителем деформации (ИД) 11, к кото-рому тензорезисторы подключаются с помощью разъёма 12.
Датчик усилий 7 разъёмом 13 соединяется с измерителем силы (ИС) 14.
Так как все тензорезисторы расположены на участке чисто-го изгиба, и во всех точках сечения имеет место линейное напряжённое состояние (ЛНС), экспериментально напряжения в этих точках определяем по деформациям, используя закон Гука при ЛНС:
(5.2)