Феодосьев В.И. Сопротивление материалов 1986 г. (1240839), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Полная аналогия с выра>некием (13.2)1 Приравниваем далее кинетическую энергию маховика и присоединенных масс потенциальной энергии изгиба рамы — (у +у г)юг= — ' ! в А)д 2 «в м 2с ' или Рис. 466 в„,+в',„л ( 60 ) с Величину снаходилк умножая единичную эпюру (рис. 466) саму на себя.' 1 ! с 6Е3 где в* — суммарный момент инерции поперечных сечений балок. Таким образом, в итоге пп Г 1 6Е! М„= — в зо 'г' у +у, ГЛАВА 14 МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЪНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМИРОВАННОГО И НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЙ $ 93. Испытание материалов и испытание конструкций Говоря об экспериментальных методах замера деформаций и напряжений, необходимо делать различие между механическими испытаниями материалов и испытаниями конструкций. Испытание материалов производится в целях определения механических характеристик, таких, как предел текучести, предел прочности, модуль упругости и т.
д. Кроме того, оно может производиться в исследовательских целях, например для изучения условий прочности в сложных напряженных состояниях или вообще для выявления механических свойств материала в различных условиях. Испытания матерналов производятся с образцами, размеры и форма которых могут варьироваться в зависимости от имеющейся измерительной аппаратуры и самих условий испытания, Для получения объективных характеристик материала необходимо соблюдать условие однородности напряженного состояния, т.е. необходимо обеспечить постоянство напряженного состояния для всех точек испытуемого образца.
Это условие соблюдается, например, прн растяжении, частично при сжатии короткого образца и при кручении тонкостенной трубки. Изменение свойств материала в этих испытаниях происходит одновременно во всем объеме образца и легко поддается количественной оценке. При кручении сплошных образцов и при испытании на изгиб напряженное состояние является неоднородным. Качественные изменения свойств материала в отдельных точках не влекут за собой заметных изменений в характеристиках образца. Процессы, происходящие в материале, проявля- 4 93. ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ 4Я ются только в среднем, и результаты испытаний требуют дополнительной расшифровки, при которой теряется степень объективности.
Требование однородности напряженного состояния накладывает серьезные ограничения на результаты многих видов испытаний. В частности, до сих пор не удается провести объективных испытаний в условиях однородного всестороннего растяжения. Зто напряженное состояние можно создать пока только в отдельных точках образца, например в центре сплошного шара, быстро нагреваемого извне. Одним из видов механических испытаний являются технологические пробы, дающие не объективные, а только сравнительные характеристики свойств материала при строго регламентированных условиях испытания.
Сюда относятся испытания на твердость, на ударную вязкость и некоторые другие. В некоторой мере к технологическим пробам могут быть отнесены также испытания на усталостную прочность. Когда говорят об испытании конструкции, то имеется в виду испытание на прочность целой машины, ее отдельных узлов или их моделей. Такое испытание имеет целью, с одной стороны, проверку точности проведенных расчетов, а с другой — проверку правильности выбранных технологических процессов изготовления узлов и ведения сборки, поскольку при недостаточно правильных технологических приемах возможно местное ослабление конструкции. Наиболее широко развито испытание конструкции в такихотраслях техники, как самолетостроение и ракетостроение, где в силу необходимой экономии веса вопросы прочности являются наиболее ответственными. При создании новой машины отдельные ее узлы, уже выполненные в металле, подвергаются статическим испытаниям до полного разрушения с целью определения так называемой разрушающей нагрузки.
Зта нагрузка сопоставляется затем с расчетной. Характер приложения снл прн статических испытаниях устанавливается таким, чтобы имнтировалнсь рабочие нагрузки для определенного, выбранного заранее расчетного случая, например: для шасси самолета — случай посадки, для крыльев — выход из пике и т. д.
Кроме статических испытаний часто возникает необходимость проведения и динамических испытаний. Например, весьма распространены испытания приборов, работающих в условиях вибраций. Зти испытания производятся на специальных вибрационных столах при различных значениях 4в4 Гл. ьь мвтоды экспегимвнтхльного исслвдования частот и амплитуд. При таких испытаниях замер деформаций и напряжений в вибрирующих деталях прибора обычно ие производится. О прочности отдельных узлов выносится суждение только в случае их разрушения.
В ряде случаев динамические испытания ведутся с осциллографированием (записью) быстро изменяющихся деформаций, возникающих в наиболее опасных узлах, Существующие в настоящее время способы экспериментального исследования напряженных конструкций сводятся, так илн иначе, к прямому определению деформаций, возникающих в испытуемом объекте. Напряжения определяются косвенно через деформации на основе закона Гука.
В случае пластических деформаций определение напряжений при испытаниях конструкций обычно не производится и определяется только разрушающая нагрузка или то значение силы, при котором наблюдаются признаки возникновения пластических деформаций. Для замера деформаций применяется несколько различных методов. Ниже мы остановимся на замере деформаций при помощи приборов (тензометров) с механическим и электрическим принципами замера. Далее будут рассмотрены оптический и рентгенографический методы, метод муаровых полос и метод лаковых покрытий. $ 94.
Определение деформаций при помощи механических тензометров Принцип работы механического тензометра основан на замере расстояния между какими-либо двумя точками образца до и после нагружения. Первоначальное расстояние между двумя точками носит название базы тензометра 1. Отношение приращения базы М к 1 дает значение среднего удлинения по направлению установки тензометра.
Если деформированное состояние однородно, то в результате замера определяется точное значение искомой деформации, как это имеет место, например, в случае растянутого стержня (рис. 467, а). В случае, если деформация вдоль базы изменяется, то замеренное среднее значение деформации будет тем ближе к местному истинному, чем меньше база тензометра (см. случай изгиба бруса, рис. 467, б). При испытании материалов на растяжение, когда однородность деформации обеспечена, база ограничивается размерами образца и берется большой. Обычно в этом случае база 1 имеет значения 50, 100, 150 и 200 мм.
4 вс изми вниз двеогмхцип 465 При испытании конструкций увеличение базы ограничено погрешностью, связанной с неоднородностью деформаций, а уменьшение базы определяется потерей точности пшшипишш~ш Рис. 467 вследствие инструментальных погрешностей. Обычно база механических тензометров, применяемых при испытании конструкций, лежит в пределах 2 — 20 мм.
Рис. 466 Для точных замеров упругих удлинений при определении модуля упругости материала широко используется тензометр Мартенса с оптическим рычагом (рис, 468). 4вв Гл. м. методы экспеРиментАльного исследОВАния Тензометр состоит из жесткой планки 1, прижимаемой к образцу при помощи струбцины 2. Верхний нож 3 планки неподвижен. В качестве второго ножа используется каленая призма 4, имеющая ромбовидное сечение. Длина диагонали призмы — а.
С призмой жестко связано зеркальце 5. На расстоянии Ь от зеркальца неподвижно установлена шкала б. При удлинении образца зеркальце поворачивается, и наблюдатель через трубу 7 производит отсчет по отраженной шкале. Увеличение, даваемое прибором, определяется отношением разности показаний по шкале в миллиметрах к величине Л1, измеренной также в миллиметрах. Угол поворота зеркальца а=И1а. Разность отсчетов по шкале до и после нагружения в силу малости а равна Ар 6=1. 2а. Исключая угол я, находим коэффициент увеличения прибора А 2Ь Л1 а Обычно у тензометра Мартенов установка шкалы (выбор размера 1) производится так, что 1ж500. Для исключения погрешностей, связанных с внецентренным растяжением образца и возможным его изгибом, практикуется установка сразу двух тензометров, как это показано на рис.
469. Осреднение показаний двух приборов исключает влияние изгиба. Сдвоенный тензометр Мартенса неудобен тем, что требует сравнительно кропотливой работы при установке. Менее точными, но более удобными в употреблении являются хорошо зарекомендовавшие себя большебазные тензометры МИЛ и Бояршинова, показанные на рис. 470 и 471.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
