Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 53
Цель работы:
изучение методики и экспериментальное определение напряжений в элементах конструкций электротензометрированием; сравнение расчетных и экспериментальных значений напряжений. Экспериментальное определение напряжений проводится при создании, сдаче в эксплуатацию или после определенного срока работы ответственных конструкций с целью оценки их прочности. Устройства, преобразующие механические величины в электрические, называются датчиками (деформации -(тензорезистор), линейных или угловых перемещений, давлений, усилий, скоростей, ускорений). Тензорезистор (рис. 9.4) представляет собой плоскую петлеобразную спираль 1 из тонкой (0,01...0,03 мм) константановой (60 % меди и 40 % никеля) проволоки, вклеенной между двумя слоями рисовой бумаги 2.
Рабочий тензорезистор наклеивается (клей БФ) на деталь и при ее нагружении деформируется совместно. При статическом нагружении рабочие тензорезисторы подключаются к измерителю деформации (цифровому) ИДЦ, электрическая схема которого (рис. 9.5) представляет собой высокочувстви-тельный измерительный четырехплечий мост Ч.Уитстона(1844). Рис. 9.5.
Электрическая схема ИДЦ Постановка работы.
На экспериментальной установке (рис. 9.6) проведены испытания ЭК в виде стальной (Е
= 2 * 105
МПа; µ = 0,3) трубы (
D
= 60 мм; d
=
54 мм; L = 360 мм; l = 300 мм) при плоском изгибе, кручении и совместном изгибе с кручением с записью (табл. 9.3) ступеней рабочей нагрузки Р
и показаний т
измерителя деформаций цифрового ИДЦ (цена деления β= 10-5
1/дел.). Рис. 9.6.
Схема экспериментальной установки: 1- элемент конструкции; 2
- опора; 3 -
коромысло; 4, 5 -
грузы; 6
-блок; 7-прямоугольная розетка тензорезисторов; I, II, III - рабочие тензорезисторы Р,
кН
ΔР,
кН
Требуется:
определить расчетные и экспериментальные значения напряжений; вычислить отклонения расчетных от экспериментальных напряжений. Проводим обработку экспериментальных данных табл. 9.3 и определяем средние значения приращений нагрузки Δ
P
ср
=∑ΔР/4 и показаний ИДЦ: Δ
m
ср
=∑Δm/4. В дальнейшем все расчеты проводятся для одной ступени нагружения. Опыт № 1. Определение напряжений при изгибе элемента конструкции
1. Вычисляем расчетное приращение напряжений в точке А
при изгибе: Δσ = 2. Рабочий тензорезистор I наклеен по направлению главной деформации Δε1
, и находится в условиях линейного напряженного состояния. Определяем экспериментальные приращения главной деформации и главного напряжения: Δε1э
=Δ1ср
β=22,2*10-5
; Δσэ
=EΔε1э
=2*10-5
=45 Мпа 3. Находим отклонение расчетных от эксперементальных напряжений: δ= 4. Для оценки прочности элемента конструкции определяем экспериментальное значение напряжений при максимальной нагрузке: max
σэ
= Δσэ
Pmax
/ΔP=45*4.5/0.9=255МПа Опыт № 2. Определение напряжений при кручении элемента конструкции
1. Вычисляем расчетные приращения касательных напряжений в точке А:
Δτ =(2*0,9*103
*300*10-3
)/14,58*10-6
=37 МПа 2.
При кручении элемента конструкции реализуется частный случай плоского напряженного состояния, когда главная деформация Δε1э
= - Δε3э
. Главную деформацию Δε1
измеряет рабочий тензорезистор II, наклеенный под углом 45◦
. Определяем экспериментальные приращения главных деформаций: Δε1э=
Δm11
c
р
β=24,75*10-5
; Δε3э
=-24,75 3. Находим экспериментальные приращения касательных напряжений, которые при кручении равны приращениям главных напряжений: Δτэ
=(2*105
\1+0.3)*24,75*10-5
=38 МПа 4. Определяем отклонение расчетных от экспериментальных напряжений: δ=((37-38)/38)*100%=-2,63 5. Для оценки прочности при кручении элемента конструкции находим экспериментальное значение касательных напряжений при максимальной нагрузке: max
τэ
max
=38*4,5/0,9=190 МПа. Опыт № 3. Определение напряжений при
совместном изгибе и кручении элемента конструкции
1. Вычисляем расчетные приращения нормальных, касательных, главных и эквивалентных напряжений в точке А:
Δσ = (0,9*103
*360*10-3
)/7,29*10-6
=44,4 МПа Δτ = (0,9*103
*300*10-3
)/14,58*10-6
=18,5 МПа Δσ1/3
=0,5(44,4 Δσ1
=51,1МПа ; Δσ3
= -6,7 МПа Их направление t g2α= Δσэкв4
= 2. По трем показаниям ИДЦ прямоугольной розетки тензорезисторов ходим эксперимен-тальные приращения деформаций: Δε1э
=Δm1
ср
β=22,25*10-5
; Δε11э =
Δm1 1
ср
β = 20*10-5
; Δε111э
= Δm11 1
ср
β=-6,75 3. Вычисляем экспериментальные приращения главных деформаций и их направление: Δε1/3э
=0,5(22,25*10-5
+(6,75)* *10-5
Δε1э=
26,73*10-5
; Δε3э
=-11,23*10-5
tg2α=(22.25 *10-5
-2*20*10-5
+(-6.75*10-5
)/22.25*10-5
-(-6.75*10-5
)=-0.844 С учетом этого 2α0
=-40,2◦
; α0
=-20,1◦
4. Определяем экспериментальные приращения главных и эквивалентных напряжений: Δσ1э
=51,3 МПа Δσ3э
=-7,12 Δσэкв4
=55,2МПа 5. Вычисляем отклонение расчетных от экспериментальных эквивалентных напряжений: δ=((54,8-55,2)/55,2)*100%=-0,7% 6. Для оценки прочности элемента конструкции находим экспериментальные эквивалентные напряжения при максимальной нагрузке: Выводы
1. Изучена методика определения напряжений электротензометрированием с целью экспериментальной оценки прочности элементов конструкций. 1.Во всех трех опытах отклонения результатов расчета от эксперимента не превышают 5 %. Следовательно, электротензометрирование может эффективно использоваться для экспериментального определения напряжений при оценке прочности элементов конструкций. 2.Расхождения между расчетными и экспериментальными напряжения ми обусловлены рядом принимаемых гипотез при выводе формул для расчета напряжений, а также погрешностями измерения деформаций при электротензометрировании.
|