Лабораторные работы

 

Главная

Лабораторные работы по сопротивлению материалов

и композиционным материалам

Лабораторные работы являются неотъемлемой частью курса «Сопротивление материалов». Проф. С.П. Тимошенко, впервые внедривший  лабораторные работы  в учебную программу курса в 1908 году в Киевском политехническом институте, писал: «…Совокупность аналитических методов, служащих для определения внутренних усилий, и тех приемов, которыми пользуются при экспериментальном исследовании прочности строительных материалов, составляет предмет науки сопротивления материалов».

Современная учебная программа предусматривает проведение цикла лабораторных работ, в ходе которых решаются две принципиально разные проблемы. С одной стороны, проводится экспериментальная проверка справедливости допущений и гипотез, применяемых в теоретических выкладках при выводе окончательных формул. С другой стороны, расчет конструкций или их отдельных элементов не может быть произведен без знания важнейших механических характеристик материала: предельно допустимых напряжений и упругих постоянных материала (модулей упругости Е и G, и коэффициента Пуассона), которые определяются опытным путем. Таким образом, основными задачами лабораторного практикума являются: исследование механических свойств и определение механических характеристик материалов, опытная проверка теоретических выводов и законов, а также изучение студентами современных экспериментальных методов исследования напряженного и деформированного состояний материала и обработки экспериментальных данных.

Приведенные темы лабораторных работ из-за ограниченного объёма учебных часов, не претендуют на охват всего многообразия задач сопротивления материалов, а включают лишь основные работы.

Существуют и другие методы экспериментального исследования моделей, деталей машин и элементов конструкций (голографический, фотоупругости, хрупких покрытий, муаровых полос, рентгеновский и др.), которые применяют в зависимости от объекта исследования, наличия оборудования и др.

При описании лабораторных работ приводятся:

- их цели и содержание,

- описание и характеристики применяемого оборудования,

- методики практического выполнения работ,

- методики обработки опытных результатов.

Предполагается, что обучаемые имеют на руках специальные журналы лабораторных работ, в которые заносятся опытные и расчетные результаты. Перед тем как приступить к выполнению заданной лабораторной работы,  студент должен усвоить краткие теоретические сведения по теме, изучить принцип работы и устройство испытательной машины или установки, приборов для измерения напряжений и деформаций,  методику выполнения работы, а также способы представления обработки экспериментальных данных.

 

Правила по технике безопасности для студентов при проведении

лабораторных работ по испытанию материалов

1. Лабораторные работы проводятся под наблюдением преподавателя или лаборанта. К выполнению лабораторных работ студенты допускаются только после прослушивания инструктажа по технике безопасности и противопожарным мерам. После инструктажа каждый студент расписывается в специальном журнале.

2. Все механические испытания материалов проводятся учебно-вспомогательным персоналом на испытательных машинах. Студент может работать на испытательных машинах и установках только с разрешения и под руководством преподавателя. Студентам запрещается самостоятельно включать и выключать машины, проводить какие-либо операции на них и оставлять их без наблюдения в процессе работы. Студентам также не разрешается отлучаться из лаборатории до полного окончания лабораторных работ.

3. Все измерения образцов, необходимые для выполнения лабораторных испытаний, проводятся до установки их в захваты испытательных машин. Измерения образцов после испытания можно производить только после снятия последних с машины. Для визуального осмотра результатов испытаний можно подходить к машине только с разрешения преподавателя. При использовании сменных грузов не следует складывать их на краю стола во избежание падения и травмирования ими окружающих.

4. Перед началом работы проверить соответствие грузов на маятнике силоизмерителя величине ожидаемой нагрузки при испытании образца. Не разрешается испытывать образцы, требующие нагрузки большей, чем указано в технической характеристике машины.

5. Выбор приспособления для закрепления образцов должен соответствовать типу образца и виду деформации. Перед пуском машины необходимо проверить надежность закрепления испытуемого образца.

6. При проведении лабораторных испытаний нельзя находиться в непосредственной близости от движущихся частей машины. При испытании хрупких или закаленных образцов необходимо пользоваться защитным экраном из органического стекла или металлической заслонкой.

7. Корпус испытательной машины должен быть надежно заземлен. При работе на машинах и установках нельзя прикасаться к токоведущим частям, а также к электрощитам и электрорубильникам.

8. Запрещается проводить ремонтные мероприятия, устранять неисправности электрооборудования и чистить машины и установки во время работы или когда они находятся под напряжением.

9. После завершения работы студенты обязаны собрать измерительные инструменты, методические пособия и сдать их учебному лаборанту. В случае потери пособий, порчи инструментов или испытательных приборов студенты несут материальную ответственность за них.

10. При нарушении требований техники безопасности студент отстраняется от дальнейшего выполнения лабораторной работы. Если  действия студента не привели к серьезным последствиям, то он может быть вновь допущен к лабораторным занятиям лишь после повторного инструктажа.

 

Правила выполнения лабораторных работ

1. К выполнению лабораторных работ студенты допускаются после проведения инструктажа по технике безопасности. При нарушении этих правил студент удаляется с лабораторного занятия и считается его пропустившим. Студент несет материальную ответственность за поломки и повреждения лабораторного оборудования и инструментов, возникшие по его вине.

2. Перед выполнением лабораторных работ студенту необходимо ознакомиться с руководством к ним. К работе допускаются студенты, усвоившие теоретический материал, что проверяется преподавателем перед занятием.

3. Вся лабораторная проработка - замеры, наблюдения, вычисления выполняются каждым студентом самостоятельно.

5. Лабораторная работа считается выполненной при наличии подписи преподавателя. Отработка пропущенного лабораторного занятия производится в специально отведенное для этого время под руководством учебного лаборанта.

 

Правила оформления лабораторных работ

Каждую лабораторную работу оформляют отдельно на листах формата А4 (210 х 297 мм) с соблюдением правил ЕСКД черными чернилами или пастой.

Общий план оформления лабораторных работ:

- Указывают цель данной лабораторной работы.

- Приводят список используемого оборудования, приборов и измерительных инструментов.

- Излагают кратко общие сведения о свойствах материалов, подлежащих определению, или приводят теоретические формулы и положения, подвергаемые экспериментальной проверке.

- Показывают наиболее важные для понимания сущности работы рисунки и расчётные схемы.

- Подготавливают протокол испытаний.

- Проводят под руководством учебного мастера или преподавателя испытание материала или лабораторной установки и заносят необходимые данные в протокол испытаний.

- Выполняют обработку экспериментальных данных.

- Проводят необходимые теоретические расчёты.

- При решении первой основной задачи определяют марку стали или сравнивают полученные характеристики со среднестатистическими данными. При решении второй основной задачи сравнивают между собой опытные и теоретические значения определяемых величин.

- Делают выводы по работе, ориентируясь на поставленную цель.

Вычисление значений физических величин необходимо выполнять используя Международную систему единиц (СИ).

Сравнение результатов производят следующим образом. Сначала вычисляют расхождение двух значений в процентах по формуле

где Xоп - опытное значение величины X; Xт - теоретическое или среднестатистическое значение величины X.

Затем в зависимости от полученного расхождения δ(X) делают вывод о степени согласования между собой среднестатистических данных или теории с экспериментом, придерживаясь следующей градации:

0δ(X)5% – очень хорошее;

5%δ(X)10%  – хорошее;

10%δ(X)≤30%  – удовлетворительное;

30%δ(X)100%  – неудовлетворительное.

Необходимо отметить, что указанная градация условна и связана как с неточностью теоретических формул, так и с ошибками экспериментов. Неточность теоретических выводов обусловлена введением целого ряда упрощающих гипотез и предположений. Ошибки экспериментов вызваны влиянием различных факторов, не учитываемых при проведении опытов: погрешностями измерительных приборов и другими причинами.

 

Обозначения, принятые в лабораторных работах

A

площадь поперечного сечения бруса;

A0

площадь поперечного сечения образца до испытания;

Aш

площадь поперечного сечения образца

после разрыва (площадь шейки);

a, a1, a2

удельная работа разрыва образца; ударная вязкость;

расстояние от конца бруса до заданного сечения,

плечо приложения внешней нагрузки;

b

ширина поперечного сечения бруса;

D

наружный диаметр трубы;

d

внутренний  диаметр  трубы,  диаметр зоны долома образца,  

диаметр шара;

d0

диаметр образца до испытания;

dш

диаметр образца в месте образования шейки;

E

модуль продольной упругости материала;

EI

жесткость сечения при изгибе относительно

главной центральной оси;

F

внешняя сосредоточенная сила;

F

абсолютное  приращение внешней силы, ступень нагружения;

Fx, Fy

составляющие силы по направлению главных  осей X,  Y;

[F]

допускаемая сжимающая нагрузка при расчете на устойчивость;

Fкр

критическая нагрузка при расчете на устойчивость;

Fmax

максимальное значение внешней сосредоточенной силы;

f

стрела прогиба балки;

fx, fy

прогибы балки в направлении главных осей

инерции сечения X, Y;

G

модуль сдвига материала;

H

высота падения груза при ударе;

h

высота поперечного сечения образца, балки, высота образца;

Ix, Iy

осевые моменты инерции поперечного сечения;

Imax, Imin

главные моменты инерции поперечного сечения;

Ip

полярный момент инерции поперечного сечения;

K

коэффициент увеличения рычажного тензометра, тарировочный

коэффициент датчика омического сопротивления, цена деления

индикатора часового типа, коэффициент анизотропии;

Ky

коэффициент запаса устойчивости;

l1

длина стержня, балки;

l0

расчетная длина образца, база тензометра, расстояние, на котором

определяется угол закручивания;

l1

длина образца после разрыва;

l

абсолютное удлинение образца;

Mи, MK

внешние изгибающий и крутящий моменты;

Mx, My

 

внутренние изгибающие моменты в сечении балки относительно

главных осей X, Y;

M

число ступеней нагружения, число опытов;

ni

число циклов нагружения образца;

P

внутреннее давление в сосуде;

P

ступень давления;

r

радиус срединной поверхности тонкостенного сосуда;

Tz

внутренний крутящий момент;

t

толщина стенки тонкостенного сосуда;

V0

объём рабочей части образца до испытания;

WF

работа внешних сил при разрыве образца;

Wp

полярный момент сопротивления круглого или кольцевого

поперечного сечения;

Wx, Wy

осевые моменты сопротивления сечения

относительно главных осей X, Y;

yст

статический прогиб балки; 

yi

расстояние от  нейтральной  оси до слоя, в котором

определяется напряжение;

yД

прогиб балки динамический при ударе;

y0

прогиб в сечении балки, где выбрано начало координат;

α

угол между направлением внешней нагрузки и

главной осью  сечения;

 ε’,ε

относительная линейная поперечная, продольная деформации;

εz,εx,εy

относительные линейные деформации в

направлении осей Z, Х, Y;

θл, θn

угол поворота левого, правого концевых сечений балки;

θ0

угол поворота сечения балки, в котором выбрано

начало координат;

λ

гибкость стержня;

λt

число делений шкалы рычажного тензометра,

индикатора тензоусилителя, индикатора часового типа ИЧ – 10;

∆λ

приращение показаний тензометров, индикаторов и др.,

приходящихся на ступень внешнего нагружения;

μ

коэффициент Пуассона, коэффициент приведения длины стержня

при расчете на устойчивость;

ρ

плотность материала; удельное омическое

сопротивление проводника;

ρm

радиус кривизны меридионального сечения;

ρt

радиус кривизны окружного сечения;

σy

предел упругости материала;

σпц

предел пропорциональности материала;

σТ

предел текучести материала;

σВ

предел прочности материала;

σm

меридиональные напряжения в стенке тонкостенного сосуда;

σt

окружные напряжения в стенке тонкостенного сосуда;

φ

угол закручивания; угол между направлением плоскости изгиба

и главной осью сечения.

 

 

Перечень лабораторных работ

Испытание стального образца на растяжение

Определение модуля упругости первого рода и коэффициента Пуассона

Испытание меди, чугуна и древесины на сжатие

Испытание стального бруса на кручение. Определение модуля сдвига

Определение напряжений при чистом и поперечном изгибах балки

Испытание материалов на сдвиг

Определение линейных и угловых перемещений поперечных сечений статически определимой балки

Определение перемещений в балке при изгибе по формуле Мора

Опытная проверка теории косого изгиба

Опытная проверка теории внецентренного растяжения-сжатия

Испытание стальных образцов на продольный изгиб

Испытание стальной трубы на изгиб с кручением

Проверка теории изгибающего удара

Испытание материалов на выносливость

Испытание различных материалов на ударную вязкость

Испытания металлов на твердость

Определение напряжений в стенке тонкостенного сосуда

Расчет толстостенных цилиндров и труб

Расчет составных цилиндров и труб. Контактная задача теории упругости

Определение момента в защемлении статически неопределимой балки

Определение реакции «лишней» связи в  статически неопределимой балке

Проверка интеграла Мора на примере плоской статически неопределимой рамы

Исследование элементарных волокон для композиционных материалов

Исследование однонаправленных волокнистых наполнителей для композиционных материалов

Исследование тканых наполнителей для композиционных материалов

Исследование дисперсных наполнителей для композиционных материалов

Исследование термореактивных полимерных материалов для матриц композиционных материалов

Исследование термопластичных полимерных материалов для матриц композиционных материалов

Исследование влияния эксплуатационных факторов на работоспособность пластмасс для матриц

Композиционные материалы на основе термореактивных связующих и ориентированных армирующих наполнителей

Свойства и структура однонаправленных композиционных материалов на основе термопластичных полимеров

Структура материала в изделии, полученном методом литья под давлением

Композиционные материалы на основе волокон растительного происхождения

Адгезия наполнителей к матричному полимеру в композиционных материалах

Свойства полимеров и композиционных материалов на их основе

Трехслойные сандвичевые конструкции с пенозаполнителем

Трехслойные сандвичевые конструкции с сотозаполнителем

Исследование напряженно-деформированного состояния стального бруса при кручении

Исследование плоского напряженного состояния методом тензометрирования

Исследование напряжений и перемещений в плоской раме

Экспериментальная проверка теоремы о взаимности перемещений

Испытания винтовой цилиндрической пружины на растяжение

Определение перемещений при поперечном изгибе балки

Опытная проверка опорной реакции статически неопределимой балки

Определение напряжений и перемещений при косом изгибе балки

Испытания тонкостенного стержня открытого профиля на изгиб и кручение

Исследование устойчивости сжатого стержня в упругой стадии деформирования

Исследование деформирования стержня при продольно-поперечном изгибе

 


email: KarimovI@rambler.ru

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

 

Теоретическая механика   Строительная механика

Прикладная механика  Детали машин  Теория машин и механизмов

 

 

 

 

Рейтинг@Mail.ru Каталог-Молдова - Ranker, Statistics

Directrix.ru - рейтинг, каталог сайтов