Лабораторная работа : Определение напряжений в элементах конструкций электротензометрированием 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Лабораторная работа >> Промышленность, производство


Определение напряжений в элементах конструкций электротензометрированием




Отчет по лабораторной работе «Определение напряжений в элементах конструкций электротензометрированием»

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 = 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



ступени нагружения

Р,

кН

ΔР,

кН

Изгиб

Кручение

Изгиб с кручением

m1

Δm1

m11

Δm11

m1

Δm1

m11

Δm11

m111

Δm111

0

0.9

-

23

-

25

-

22

-

20

-

-7

-

1

1.8

0.9

45

22

49

24

45

23

39

19

-14

-7

2

2.7

0.9

67

22

74

25

67

22

61

22

-22

-8

3

3.6

0.9

89

22

99

25

89

22

81

20

-28

-6

4

4.5

0.9

113

24

124

25

111

22

100

19

-34

-6

ΔPср=0,9

Δm1ср=22,5

Δm11ср=24,75

Δm1ср=22,25

Δm11ср=20

Δm111ср=-6,75


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 ΔPср =∑ΔР/4 и показаний ИДЦ:

Δmср =∑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:

Δε1срβ=22,2*10-5; Δσэ=EΔε=2*10-5=45 Мпа

3. Находим отклонение расчетных от эксперементальных напряжений:

δ=*100%=44,4*45/45*100%= -1,33

4. Для оценки прочности элемента конструкции определяем экспериментальное значение напряжений при максимальной нагрузке:

maxσэ= ΔσэPmax/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 Δε = - Δε. Главную деформацию Δε1 измеряет рабочий тензорезистор II, наклеенный под углом 45. Определяем экспериментальные приращения главных деформаций:

Δε1э= Δm11cрβ=24,75*10-5; Δε=-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)=(22,228,9) МПа

Δσ1=51,1МПа ; Δσ3= -6,7 МПа

Их направление t

g2α== -=-0.833; 2α0=-39,8; α0=-19,9

Δσэкв4==54,8 МПа

  1. По трем показаниям ИДЦ прямоугольной розетки тензорезисторов ходим эксперимен-тальные приращения деформаций:

Δεm1 срβ=22,25*10-5 ; Δε11э = Δm1 1срβ = 20*10-5; Δε111э= Δm11 1срβ=-6,75

  1. Вычисляем экспериментальные приращения главных деформаций и их направление:



Δε1/3э=0,5(22,25*10-5+(6,75)*

*10-52=7,75*10-518,98*10-5

Δε1э=26,73*10-5 ; Δε=-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

  1. Определяем экспериментальные приращения главных и эквивалентных напряжений:

Δσ=51,3 МПа

Δσ=-7,12

Δσэкв4=55,2МПа

  1. Вычисляем отклонение расчетных от экспериментальных эквивалентных напряжений:



δ=((54,8-55,2)/55,2)*100%=-0,7%

  1. Для оценки прочности элемента конструкции находим экспериментальные эквивалентные напряжения при максимальной нагрузке:

m
ax
σээкв4=55,2*4,5/0,9=276МПа



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.

Похожие работы: