Портативная акустическая система

Гуманитарные науки

Гуманитарные науки

Биржа студенческих   работ. Контрольные, курсовые, рефераты.

Биржа студенческих
работ. Контрольные, курсовые, рефераты.

Студенческий файлообменник

Студенческий файлообменник

Выполнение 
работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Выполнение работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Занимайтесь онлайн 
        с опытными репетиторами

Занимайтесь онлайн
с опытными репетиторами

Приглашаем к сотрудничеству преподователей

Приглашаем к сотрудничеству преподователей

Готовые шпаргалки, шпоры

Готовые шпаргалки, шпоры

Отчет по практике

Отчет по практике

Приглашаем авторов для работы

Авторам заработок

Решение задач по математике

Закажите реферат

Закажите реферат

Сопромат Испытание материалов на выносливость Испытание на сжатие Испытание на кручение Определение деформаций Расчет на жесткость Расчет на прочность Термическая обработка металлов  и сплавов

Лабораторные работы и лекции по материаловедению

Определение нормальных напряжений в балке при прямом изгибе

Ц е л ь р а б о т ы: Ознакомление с методом электротензометрирования. Опытное изучение закона распределения нормальных напряжений по высоте сечения балки и сравнение с напряжениями, вычисленными теоретически.

Т е о р е т и ч е с к а я ч а с т ь р а б о т ы. Прямым изгибом называют такой изгиб, при котором силовая плоскость совпадает с одной из главных плоскостей балки. При этом нормальные напряжения в любой точке поперечного сечения по высоте балки определяют по формуле:

  (3.1)

где   - изгибающий момент в сечении, в котором определяют

 напряжения; 

   - главный центральный момент инерции поперечного сечения; Расчет статически неопределимой фермы

   - ордината слоя поперечного сечения, в котором определяют напряжения.

  При опытном определении напряжений в заданном слое балки измеряют упругие линейные деформации , а затем, воспользовавшись законом Гука (), определяют искомые напряжения. Определение напряжений по измеренной деформации называют тензометрированием.

Электротензометрический метод измерения линейных деформаций основан на том, что деформация проводника вызывает изменение некоторых его электрических параметров (сопротивления, емкости, индуктивности). Элемент, воспринимающий деформацию тела, называют датчиком. Изменение электрического параметра передается на регистрирующее устройство. Наиболее широко используют в качестве электротензометров проволочные датчики омического сопротивления.

 Основными преимуществами электротензометров являются: высокая точность измерения, малые размеры тензометров, возможность передачи показаний на расстояние и выдачи результатов на ЭВМ, возможность измерять деформации на поверхностях сложной конфигурации и в труднодоступных местах, практически полная безинерционность аппаратуры, возможность регистрации быстроизменяющихся процессов. Эти преимущества компенсируют недостатки  электротензомерирования: сложность и значительную стоимость измерительной аппаратуры, необходимость высокой квалификации персонала.

Точность измерения деформации при помощи проволочных тензодатчиков несколько меньше, чем при измерении механическим или оптическим тензометром, но практически она вполне достаточна для надежного вычисления напряжений.

В основе метода лежит зависимость омического сопротивления  проводника от его геометрических размеров – длины  и площади поперечного сечения

 , (3.2)

где   - удельное сопротивление проводника.

Чем длиннее проводник датчика, тем больше изменение омического сопротивления   при деформации, а следовательно, тем точнее результаты измерений. В тоже время при неравномерной деформации исследуемого тела возникает необходимость проводить измерения на возможно меньшей длине (базе измерений). Конструктивно эта задача была решена путем укладки длинного проводника в виде петель на малой базе.

Рис. 3.1. Схема

  тензодатчика

Тензодатчик представляет собой плоский элемент (рис. 3.1), состоящий из тонкой (0,015 – 0,03 мм) проволоки (или фольги) 1, материал которой обладает высоким омическим сопротивлением (константан, нихром), уложенной зигзагообразно между двумя полосками специальной тонкой (0,002 – 0,005 мм) бумаги или полимерной пленки 2. К концам проволоки сваркой либо пайкой, что менее

  предпочтительно, присоединены латунные

выводы 3, служащие для соединения тензодатчика с регистрирующей аппаратурой. Применение константановой проволоки обусловлено двумя существенными факторами: а) высоким омическим сопротивлением проводника; б) постоянством удельного сопротивления при повышении температуры до 500 0С. Например, у железа в этом же диапазоне температур удельное сопротивление увеличивается почти в восемь раз. Датчик вследствие зигзагообразной укладки проволоки реагирует только в направлении оси X и не чувствителен в направлении оси .

Базой тензодатчика называют длину  прямолинейных участков проводника, из которого он изготовлен. Промышленность выпускает проволочные, а также фольговые датчики с базой = 5, 10, 20, 30 мм и сопротивлением = 50, 100, 200, 300 Ом. Следует однако учитывать, что с уменьшением базы датчика снижается его тензочувствительность из-за увеличения влияния криволинейных участков (петель датчика). Поэтому без необходимости применять датчики с малой базой не рекомендуется.

Место установки тензодатчика тщательно зачищается и обезжиривается спиртом или ацетоном. Тензодатчик наклеивают на поверхность балки при помощи специальных клеев (БФ-2 и др.) так, чтобы направление его базы  совпадало с направлением измеряемой деформации. При нагружении балки деформируется вместе с ней и тензодатчик, сопротивление которого изменится и его величина будет зарегистрирована специальной аппаратурой, основой которой является мостовая схема – мостик Уитстона (рис. 3.2). В качестве одного из сопротивлений моста , в мостовую схему включают тензодатчик, наклеенный на испытуемую балку. Остальные сопротивления  и подбирается так, чтобы в недеформиро- ванном состоянии образца выполнялось условие: . (3.3)

 Такое состояние называют  балансом моста. Это озна- чает, что при подаче постоянного тока на диагональ  моста, ток в измерительной диагонали  будет отсутствовать. Сопротивление  предназначено для балансировки моста. Если балку деформировать, то сопротивление тензодатчика  изменится, и через измерительную диагональ  пойдет ток, который после усиления  будет зарегистрирован чувствительным измерительным прибором. Зная тарировочный коэффициент, определяют искомые деформации или напряжения. Для исключения температурных погрешностей в качестве сопротивления в схему измерений включают еще такой же тензодатчик, который называют компенсационным, и наклеивают его на испытываемую балку в месте, не подвергающемся деформации, или на пластину, вырезанную из материала, из которого изготовлена балка, и помещенную рядом с ней. Тогда при колебаниях температуры сопротивления датчиков  останутся равными, баланс моста (3.3) не нарушится и погрешность измерений от изменения температуры будет исключена.

Тарировочный коэффициент определяют следующим образом. Из партии одинаковых тензодатчиков отбирают необходимое количество рабочих и компенсационных тензодатчиков и приклеивают их, как описано выше, на исследуемую балку. К тарировочной балке приклеивают точно такой же тензодатчик. В данной работе используют типовую тарировочную балку типа СМ 25Б – консольную балку равного сопротивления (балку, по длине которой напряжения остаются постоянными). Расчетные напряжения в ней в любом сечении по длине равны

   (3.4)

где   - ступень нагружения тарировочной балки поперечной нагрузкой ( 50 Н).

При тарировке вместо рабочего тензодатчика в схему подключают тарировочный тензодатчик, вместе с которым тарируется и электрическая часть измерительной аппаратуры. Обычно – это многоканальный тензоусилитель, составленный конструктивно из нескольких одинаковых блоков, к каждому из которых подключен соответствующий рабочий тензодатчик. После измерения и усиления результаты считывают со стрелочного прибора, подключаемого последовательно к каждому блоку.

Тарировочный коэффициент, т.е. цена деления шкалы регистрирующего прибора в единицах напряжения, с учетом формулы (3.4) будет равен:

 , (3.5)

где   - среднее значение приращений показаний регистрирующего прибора на ступень нагружения  для - го датчика.

О п и с а н и е  л а б о р а т о р н о й у с т а н о в к и. Схема лабораторной установки показана на рис. 3.3. Установка представляет собой стальную, консольно закрепленную двутавровую балку 1, на которую в сечении, отстоящем от ее свободного конца на расстоянии , наклеены пять проволочных тензодатчиков 2. Сигнал от тензодатчиков усиливается усилителем 3 и через коммутатор 4 подается на измерительный прибор 5.

Рис. 3.3. Схема лабораторной установки

М е т о д и к а п р о в е д е н и я о п ы т а и о б р а б о т к а 

р е з у л ь т а т о в. 1. Задают исходные данные: расстояние от тензодатчиков до нейтрального слоя:  расстояние  от места приложения силы  до сечения, в котором определяют напряжения (до места наклейки тензодатчиков); выбирают ступень нагружения  так, чтобы после 3-4 ступеней нагружения деформации балки были в пределах упругости. Все данные заносят в журнал наблюдений.

2. Балансируют мостовые схемы тензоусилителя, предварительно включенного в сеть для прогрева в течение не менее 20 мин.

3. Балку 1 нагружают нагрузкой , снимают показания на измерительном приборе 5 тензоусилителя по каждому тензодатчику. Затем опыт повторяют еще 2-3 раза, увеличивая нагрузку равными ступенями, и записывают для каждого датчика результаты испытаний  в журнал наблюдений.

4. Рассчитывают для каждого слоя теоретические напряжения по формуле (3.1).

5. Согласно требованиям раздела 4 обрабатывают результаты испытаний и вычисляют опытные значения напряжений для каждого слоя по формуле

  (3.6)

где - тарировочные коэффициенты для каждого канала, полученные по формулам (3.5).

  6. Проводят анализ и сопоставление полученных результатов с теоретическими. Строят эпюры распределения нормальных напряжений по высоте сечения балки по расчетным и опытным данным.

Содержание отчета

1. Название лабораторной работы.

Цель работы.

Схема лабораторной установки.

Электрическая схема мостика Уитстона.

Исходные данные.

Величина ступени нагружения .

Длина консольной балки .

Расстояния до слоев, в которых определяются напряжения .

Расстояние до сечения, в котором определяется напряжение .

Осевой момент инерции сечения .

Тарировочные коэффициенты для каналов:

 

6. Результаты эксперимента.

п/п

Нагрузка,

Приращение нагрузки

Показания

тензодатчиков

Приращения показаний

тензодатчиков

Средние значения приращений

Опытные значения напряжений в заданных слоях поперечного сечения балки , , , , .

Теоретический расчет напряжений в заданных слоях сечения балки , , ,, .

Сравнение опытных и теоретических значений. Выводы.

Вопросы для самоконтроля

1. Какова цель лабораторной работы?

Каково устройство лабораторной установки?

Какой изгиб называют поперечным? Плоским?

Как теоретически определяют нормальные напряжения при плоском изгибе в любом слое поперечного сечения балки?

Как определяют максимальные нормальные напряжения в сечении балки при плоском изгибе?

Как распределяются нормальные напряжения по высоте сечения балки при плоском изгибе? Покажите эпюру?

Что называют тензометрированием?

На чем основан метод электротензометрирования?

Какие преимущества и недостатки электротензометрирования Вы

 знаете?

10. Как устроен тензодатчик?

11. Что называют базой тензодатчика?

12. Какие соображения должны учитываться при обосновании выбора базы тензодатчика?

13. Как подключается тензодатчик в измерительную систему? Опишите её?

14. Что понимают под балансом моста?

15. Как определяют тарировочные коэффициенты?

16. Как проводят определение напряжений при помощи тензодатчиков в исследуемой балке?

17. Для чего применяют компенсационный датчик и где и как он должен быть расположен?

Материаловедение. Краткие исторические сведения о развитии материаловедения.

 Как наука материаловедение  насчитывает около 200 лет, несмотря на то, что человек начал использовать металлы  и сплавы ещё за несколько тысячелетий до нашей эры. Только в 18 веке появились  отдельные научные результаты, позволяющие говорить о начале осмысленного изучения всего того, что накопило человечество за всё время использования металлов.

  В России первым, кто начал научно осмысливать проблемы металлургии и литейного  дела, был М.В. Ломоносов (1711-1765). Им написано учебное руководство «Первые  основания металлургии рудных дел», в котором он, описывая металлургические процессы,  постарался открыть их физико-химическую сущность.

В 1873-1876 г.г Гиббс изложил основные законы фазового равновесия и, в частности, правило фаз, основываясь на законах термодинамики. Для решения практических задач знание фазового равновесия в той или иной системе необходимо, но не достаточно для определения состава и относительного количества фаз. Обязательно знать структуру сплавов, то есть атомное строение фаз, составляющих сплав, а также распределение, размер и форму кристаллов каждой фазы.

 Создание научных основ металловедения по праву принадлежит Чернову Д.К. (1839 – 1903), который установил критические температуры фазовых превращений в сталях и их связь с количеством углерода в сталях. Этим были заложены основы для важнейшей в металловедении диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов.

Открытием аллотропических превращений в стали, Чернов заложил фундамент термической обработки стали. Критические точки в стали, позволили рационально выбирать температуру ее закалки, отпуска и пластической деформации в производственных условиях.

В своих работах по кристаллизации стали, и строению слитка Чернов изложил основные положения теории литья, не утратившие своего научного и практического значения в настоящее время.

 Разработка в 1902 году американскими учёными Ф. Тейлором  и М. Уайтом быстрорежущей стали произвела переворот в машиностроении. Резко возросла  производительность механической обработки, появились новые быстроходные станки  и автоматы.

 В 1906 году немецкий исследователь А. Вильм создал высокопрочный  сплав алюминия с медью – дуралюмин, прочность которого в результате старения в  несколько раз превышала прочность технического алюминия и других алюминиевых сплавов  при сохранении достаточного запаса пластичности. Использование дуралюмина в самолётостроении  на многие годы определило прогресс в этой области техники.

 Немецким инженером  заводов Круппа Мауэром и профессором Штраусом в 1912 году была получена хромоникелевая  аустенитная нержавеющая сталь, а в 1912году Бренли – ферритная нержавеющая сталь.

 


Содержание и задачи курса сопротивление материалов