Определение напряжений в элементах конструкций электротензометрированием
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 (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 в= 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
ДР,
кН
Изгиб
Кручение
Изгиб с кручением
m1
Дm1
m11
Дm11
m1
Дm1
m11
Дm11
m111
Дm111
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
ДPср=0,9
Дm1ср=22,5
Дm11ср=24,75
Дm1ср=22,25
Дm11ср=20
Дm111ср=-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 ДPср =?ДР/4 и показаний ИДЦ:
Дmср =?Дm/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:
Ду =
2. Рабочий тензорезистор I наклеен по направлению главной деформации Де1, и находится в условиях линейного напряженного состояния. Определяем экспериментальные приращения главной деформации и главного напряжения:
Де1э=Д1срв=22,2*10-5; Дуэ=EДе1э=2*10-5=45 Мпа
3. Находим отклонение расчетных от эксперементальных напряжений:
д=*100%=44,4*45/45*100%= -1,33
4. Для оценки прочности элемента конструкции определяем экспериментальное значение напряжений при максимальной нагрузке:
maxуэ= ДуэPmax/ДP=45*4.5/0.9=255МПа
Опыт № 2. Определение напряжений при кручении элемента конструкции
1. Вычисляем расчетные приращения касательных напряжений в точке А:
Дф =(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 Де1э = - Де3э. Главную деформацию Де1 измеряет рабочий тензорезистор II, наклеенный под углом 45?. Определяем экспериментальные приращения главных деформаций:
Де1э= Дm11cрв=24,75*10-5; Де3э=-24,75
3. Находим экспериментальные приращения касательных напряжений, которые при кручении равны приращениям главных напряжений:
Дфэ=(2*105\1+0.3)*24,75*10-5=38 МПа
4. Определяем отклонение расчетных от экспериментальных напряжений:
д=((37-38)/38)*100%=-2,63
5. Для оценки прочности при кручении элемента конструкции находим экспериментальное значение касательных напряжений при максимальной нагрузке:
max фэ max =38*4,5/0,9=190 МПа.
Опыт № 3. Определение напряжений при совместном изгибе и крученииэлемента конструкции
1. Вычисляем расчетные приращения нормальных, касательных, главных и эквивалентных напряжений в точке А:
4. Определяем экспериментальные приращения главных и эквивалентных напряжений:
Ду1э=51,3 МПа
Ду3э=-7,12
Дуэкв4=55,2МПа
5. Вычисляем отклонение расчетных от экспериментальных эквивалентных напряжений:
д=((54,8-55,2)/55,2)*100%=-0,7%
6. Для оценки прочности элемента конструкции находим экспериментальные эквивалентные напряжения при максимальной нагрузке:
maxуээкв4=55,2*4,5/0,9=276МПа
Выводы
1. Изучена методика определения напряжений электротензометрированием с целью экспериментальной оценки прочности элементов конструкций.
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.
Расхождения между расчетными и экспериментальными напряжения ми обусловлены рядом принимаемых гипотез при выводе формул для расчета напряжений, а также погрешностями измерения деформаций при электротензометрировании.