Лабораторный практикум

С О П Р О Т И В Л Е Н И Е М А Т Е Р И А Л О В

 

Рекомендовано Сибирским региональным

учебно-методическим центром высшего

профессионального образования

для межвузовского использования

в качестве учебного пособия

Кемерово 2004

УДК 539. 3/8 (076.5)

Печатается по решению Редакционно-издательского совета Кемеровского технологического института пищевой промышленности.

 

Рецензенты: зав. кафедрой «Сопротивление материалов» Кузбасского Государственного технического университета д.т.н., профессор И.А. Паначев;

зав. кафедрой «Прикладная механика» Кемеровского Государственного сельскохозяйственного института д.т.н., В.И. Полтавцев.

 

Сопротивление материалов. Лабораторный практикум. Учебное пособие/ А.Н. Пирогов, В.Н. Грачев, А.И. Яремчук, А.А. Попова. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. Кемерово, 2004. - 125 с.: ил.

Редактор – канд. техн. наук, доцент Пирогов А.Н.

           

ISBN 5-89289-259 - Х

 

 

Учебное пособие разработано в соответствии с Государственным образовательным стандартом РФ и рабочими программами по дисциплине «Сопротивление материалов» и предназначено для студентов механических специальностей, дневной и заочной форм обучения, а также для преподавателей.

Ил. 51. Табл. 17. Библ. назв. 11.

 

 

ISBN 5-89289-259-Х                        © Кемеровский

                                                                    технологический

                                                                    институт пищевой      

                                                                          промышленности

                                                                    2004

 

 

СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ……………………………………………………...	5
Обозначения, принятые в лабораторных работах…………………..	6
1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ….	9
2. ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК…..………..	10
2.1. Определение основных механических характеристик     стали на растяжение ……………………………………….	10
2.2. Испытание на сжатие образцов из различных материалов..………………………………………………………….	19
2.3. Испытание на кручение образца из малоуглеродистой стали………………………………………………………...	26
2.4. Определение модуля продольной упругости и коэффициента Пуассона для стали ………………………………..	36
2.5. Испытание металлов на выносливость …………………..	41
2.6. Испытание различных материалов на ударную вяз-кость………………………………………………………...	48
3. ИЗУЧЕНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ………………..	54
3.1. Определение нормальных напряжений в балке при прямом изгибе…………………………………………….……	54
3.2. Определение главных напряжений при совместном изгибе и кручении тонкостенной трубы …………………	61
3.3. Определение напряжений при внецентренном растяжении бруса…………………………………………..	68
3.4. Определение напряжений в стенке тонкостенного сосуда ………………………………………………………	75
3.5. Определение деформаций при прямом поперечном изгибе балки………………………………………………...	79
3.6. Определение деформаций при косом изгибе балки …….	85
3.7. Определение момента в защемлении статически неопределимой балки…………………………………….……..	89
3.8. Проверка интеграла Мора на примере плоской статически неопределимой рамы…………………………	93
3.9. Проверка теории изгибающего удара….…………………	104
3.10. Определение критической силы при продольном изгибе ……………………………………………………………	104
4. ОБРАБОТКА И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ (краткие сведения)……………………………….	110
4.1. Основные понятия и определения…………………………..	110
4.2. Виды измерений и погрешностей…………………………..	110
4.3. Операции с приближенными числами……………………...	113
4.4. Числовые характеристики случайных величин……………	115
4.5. Вероятностный критерий грубых погрешностей………….	116
4.6. Обработка результатов наблюдений для прямых измере-          ний…………………………………………………………….	117
4.7. Математическая обработка результатов наблюдений при          косвенных наблюдениях……………………………………	119
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………...	121
ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………...	122

 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

  Познание свойств окружающего материального мира включает следующие основные этапы: наблюдение явления, создание гипотезы (теории) и ее проверка на опыте.

Цель лабораторного практикума по курсу сопротивления материалов – привить студентам навыки по экспериментальному определению механических характеристик различных материалов, ознакомить с методами исследования прочности и жесткости элементов конструкций с использованием стандартного оборудования, научить пользоваться аппаратурой для измерения деформаций и напряжений, ознакомить с методами обработки и представления результатов измерений.

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. Описание лабораторных работ, основанных на применении этих методов, можно найти в работах [2, 5, 7], приведенных в списке использованной литературы.

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.

Коллектив составителей:

к.т.н., доцент Пирогов А.Н. – Предисловие, работы 2.1, 2.2., 2.3, 2.5, 3.1, 3.2, 3.3; раздел 4; Приложения;

к.т.н., доцент Грачев В.Н. – работы: 2.6, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9; раздел 1;

к.т.н., доцент Яремчук А.И. – работы 2.4, 3.4, 3.10.

ст. преподаватель Попова А.А. – содержание отчетов к лабораторным работам.

 

 

ОБОЗНАЧЕНИЯ,

ПРИНЯТЫЕ В ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТАХ

 

-	площадь поперечного сечения бруса;
-	площадь поперечного сечения образца до испытания;
-	площадь поперечного сечения образца после разрыва (площадь шейки);
-	удельная работа разрыва образца; ударная вязкость; расстояние от конца бруса до заданного сечения, плечо приложения внешней нагрузки;
-	ширина поперечного сечения бруса;
-	наружный диаметр трубы;
-	внутренний диаметр трубы, диаметр зоны долома образца, диаметр шара;
-	диаметр образца до испытания;
-	диаметр образца в месте образования шейки;
-	модуль продольной упругости материала;
-	жесткость сечения при изгибе относительно главной центральной оси;
-	внешняя сосредоточенная сила;
-	абсолютное приращение внешней силы, ступень нагружения;
-	составляющие силы по направлению главных осей X, Y;
-	допускаемая сжимающая нагрузка при расчете на устой-чивость;
-	критическая нагрузка при расчете на устойчивость;
-	максимальное значение внешней сосредоточенной силы;
-	стрела прогиба балки;
-	прогибы балки в направлении главных осей инерции сечения X, Y;
-	модуль сдвига материала;
-	высота падения груза при ударе;
-	высота поперечного сечения образца, балки, высота образца;
-	осевые моменты инерции поперечного сечения;
	главные моменты инерции поперечного сечения;
-	полярный момент инерции поперечного сечения;
-	коэффициент увеличения рычажного тензометра, тарировочный коэффициент датчика омического сопротивления, цена деления индикатора часового типа, коэффициент аназотропии;
-	коэффициент запаса устойчивости;
-	длина стержня, балки;
-	расчетная длина образца, база тензометра, расстояние, на котором определяется угол закручивания;
-	длина образца после разрыва;
-	абсолютное удлинение образца;
МИ, -	внешние изгибающий и крутящий моменты;
-	внутренние изгибающие моменты в сечении балки относительно главных осей X, Y;
-	число ступеней нагружения, число опытов;
-	число циклов нагружения образца;
-	внутреннее давление в сосуде;
-	ступень давления;
-	радиус срединной поверхности тонкостенного сосуда;
ТZ -	внутренний крутящий момент;
-	толщина стенки тонкостенного сосуда;
-	объём рабочей части образца до испытания;
-	работа внешних сил при разрыве образца;
-	полярный момент сопротивления круглого или кольцевого поперечного сечения;
-	осевые моменты сопротивления сечения относительно главных осей X, Y;
-	статический прогиб балки;
-	расстояние от нейтральной оси до слоя, в котором определяется напряжение;
-	прогиб балки динамический при ударе;
-	прогиб в сечении балки, где выбрано начало координат;
-	угол между направлением внешней нагрузки и главной осью сечения;
-	относительная линейная поперечная, продольная деформации;
-	относительные линейные деформации в направлении осей Z, Х, Y;
-	угол поворота левого, правого концевых сечений балки;
-	угол поворота сечения балки, в котором выбрано начало координат;
-	гибкость стержня;
-	число делений шкалы рычажного тензометра, индикатора тензоусилителя, индикатора часового типа ИЧ – 10;
-	приращение показаний тензометров, индикаторов и др., приходящихся на ступень внешнего нагружения;
-	коэффициент Пуассона, коэффициент приведения длины   стержня при расчете на устойчивость;
-	плотность материала; удельное омическое сопротивле-ние проводника;
-	радиус кривизны меридионального сечения;
-	радиус кривизны окружного сечения;
-	предел упругости материала;
-	предел пропорциональности материала;
-	предел текучести материала;
-	предел прочности материала;
-	меридиональные напряжения в стенке тонкостенного сосуда;
-	окружные напряжения в стенке тонкостенного сосуда;
-	угол закручивания; угол между направлением плоскости изгиба и главной осью сечения.

 

 

 

 

 

1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

К выполнению лабораторных работ студенты допускаются только после прослушивания инструктажа по технике безопасности и противопожарным мерам. После инструктажа каждый студент расписывается в специальном журнале.

Все механические испытания материалов проводятся учебно-вспомогательным персоналом на испытательных машинах. Студенты самостоятельно выполняют работы только на специальных лабораторных установках под руководством преподавателя.

Студентам категорически запрещается без разрешения преподавателя включать лабораторное оборудование в электросеть и изменять режим его работы. Студентам также не разрешается отлучаться из лаборатории до полного окончания лабораторных работ.

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.

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.

 

 

2. ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ИХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

2.1  Определение основных механических характеристик

                                   стали на растяжение

Ц е л ь р а б о т ы: изучение процесса деформирования при растяжении образца из малоуглеродистой стали, определение основных механических характеристик прочности, пластичности и марки стали.

Т е о р е т и ч е с к а я ч а с т ь р а б о т ы. При определении качества конструкционных материалов, выпускаемых промышленностью, одним из основных видов испытаний являются испытания на растяжение. Результаты испытаний позволяют судить о прочности материалов при статических нагрузках, выбирать материал для проектируемой конструкции. Они являются основными при расчетах на прочность деталей машин и элементов конструкций.