16313

Определение модуля сдвига при кручении

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ СДВИГА ПРИ КРУЧЕНИИ Цель работы Экспериментальная проверка закона Гука при сдвиге и определение модуля сдвига материала вала.

Русский

2013-06-20

97 KB

87 чел.

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

кафедра Механики композиционных материалов и конструкций

Лабораторная работа

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ СДВИГА

ПРИ КРУЧЕНИИ

Пермь 2012


ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ СДВИГА ПРИ КРУЧЕНИИ

Цель работы

Экспериментальная проверка закона Гука при сдвиге и определение модуля сдвига материала вала.

Содержание работы

Рассмотрим схему вала, работающего на кручение. На одном конце вал защемлен, на другом нагружен сосредоточенным крутящим моментом (рис.1).

Рис. 1. Схема вала, нагруженного крутящим моментом.

Угол поворота сечения 5 относительно сечения 6 на участке вала постоянного поперечного сечения с крутящим моментом Мкр определяется формулой

  (1)

Здесь l– расстояние между сечениями вала, G модуль сдвига. Полярный момент инерции Jp определяется по формуле:

 (2)

где α= d/ D - отношение внутреннего d и наружного D диаметров сечений.

Крутящий момент создается подвешиванием грузов 3 весом Р к рычагу 2 с плечом L

  (3)

Угол поворота φ сечения 5 относительно сечения 6 рассчитывается по перемещению Δ, измеряемому индикатором часового типа 8:

 (4)

Линейная зависимость (1) между углом поворота и крутящим моментом сохраняется, пока напряжения в материале вала не превосходят предела текучести. Касательные напряжения на наружной поверхности вала при данном крутящем моменте подсчитываются по формуле:

 (5)

где Wp- полярный момент сопротивления,

Угловые деформации  на  наружной  поверхности  вала  можно определить через угол поворота φ:

  (6)

Теоретическое значение модуля сдвига может быть вычислено по значениям модуля Юнга и коэффициента Пуассона:

  (7)

Оборудование и материалы:

  1.  Установка ТМт 11/14 для определения модуля сдвига при кручении и главных напряжений при кручении и совместном действии изгиба и кручения.
  2.  Индикатор часового типа ИЧ–10.
  3.  Грузы подвесные.

Установка ТМт 11/14 (см. рис. 2) выполнена в настольном исполнении и состоит из сварного основания 9, на котором справа закреплена стойка 10 в виде усеченной пирамиды, а слева закреплена цилиндрическая стойка 11 с винтом 4. На стойке 10 установлен корпус 12 с полым ступенчатым валом 1, свободный конец которого шарикоподшипником 13 опирается на регулировочный винт 4 левой стойки. На рабочем участке вала 1 установлена индикаторная головка 8 часового типа для измерения угловых перемещений вала после нагружения его подвесом 3 с гирями через рычаг 2. Для устойчивости установки имеется поворотная опора 14. закрепленная на основании 9. Для исследования напряженного состояния в стержне при кручении и при совместном действии изгиба и кручения используют трубу из алюминиевого сплава Д16Т с наружным диаметром 46 мм и внутренним – 44 мм.

Рис. 2. Установка ТМт 11/14.

Для определения модуля сдвига исследуется образец кольцевого поперечного сечения с длиной рабочего участка l (мм).

Материал образца – сталь 45 с модулем упругости Е= 2·105 МПа

и коэффициентом Пуассона ν = 0,3.

Внутренний диаметр d=14 мм;

наружный диаметр D=20 мм;

радиус вылета рычага угломера (расстояние от оси вала до головки индикатора часового типа) R =100 мм.

Цена одного деления индикатора часового типа – 0,01 мм. Один оборот большой стрелки соответствует вертикальному перемещению штока индикатора на 1 мм. Полный рабочий ход штока – 10 мм.

Меры безопасности:

К работе с указанной установкой допускаются лица, ознакомленные с её устройством, принципом действия и порядком проведения работы.

Задание для выполнения:

Произвести замеры показаний индикатора часового типа при следующих значениях массы груза 3 (рис. 2): 1, 2, 3, 4, 5 кг.

Порядок выполнения работы:

  1.  Ознакомиться с содержанием работы и конструкцией установки.
  2.  Установить поворотную опору 14 в рабочее положение и убедиться в устойчивости установки.
  3.  Установить индикаторную головку 8, установить показания индикатора на нуль в ненагруженном состоянии.
  4.  Подвешивая грузы, снимать показания индикаторной головки при различных значениях нагрузки (не менее 4-х).
  5.  Выполнить расчеты модуля сдвига по формулам (1-4) используя приращения нагрузки и соответствующие приращения показаний индикатора. Вычислить среднее значение модуля и сравнить с теоретическим.
  6.  Построить график зависимости  касательного напряжения (5) от угловой деформации на поверхности вала (6).

Содержание отчета:

  1.  Название и цель работы.
  2.  Задание.
  3.  Результаты эксперимента (измерений).
  4.  Вычисление модуля сдвига по экспериментальным результатам.
  5.  Сравнение моделей сдвига полученных экспериментальным и теоретическими способами.
  6.  График зависимости касательного напряжения на поверхности вала от угловой деформации.
  7.  Выводы.

Контрольные вопросы по теории:

  1.  Какие деформации  испытывает материальная точка образца круглого поперечного сечения при кручении?
  2.  Какой вид имеет диаграмма кручения пластичного материала?
  3.  Как деформируется при кручении прямоугольная сетка, нанесенная на поверхность образца?
  4.  Как распределяются касательные напряжения в поперечном сечении образца при его упругой деформации?
  5.  Как вычисляется полярный момент инерции круглого селения9
  6.  Что такое модуль сдвига? Напишите выражение закона Гука при сдвиге.
  7.  Что такое главные нормальные напряжения? Как они направлены и чему равны в случае чистого сдвига?
  8.  Как связан модуль сдвига с модулем упругости  при растяжении?
  9.  Какие величины следует определить из эксперимента на кручение, чтобы вычислить модуль сдвига материала?
  10.  Как вычисляются максимальные касательные напряжения при кручении?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41499. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ СТАНЦИЙ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСТРОЙСТВЕ И РАБОТЕ СТАНЦИЙ 162.5 KB
  К раздельным пунктам относятся: станции разъезды обгонные пункты путевые посты а при автоблокировке и проходные светофоры. Коммерческие операции: прием взвешивание хранение и выдача грузов; оформление перевозочных документов взимание провозных платежей; пломбирование вагонов; обеспечение сохранности грузов находящихся на станции; осмотр прибывающих и отправляющих составов в коммерческом отношении. В зависимости от основного назначения и характера работы станции делятся на промежуточные участковые сортировочные грузовые и...
41500. ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ РАБОТОЙ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ 123 KB
  Основные принципы организации движения. Железнодорожный транспорт занимает ведущее место среди всех видов транспорта автомобильный воздушный речной морской трубопроводный это определяется следующими положениями: 1 железнодорожный транспорт работает непрерывно в течении года и суток осуществляя массовую перевозку народнохозяйственных грузов пассажиров; 2железнодорожный транспорт участвует в различных фазах производственного процесса: в начальной если перевозят сырьё исходные материалы; в средней если перевозят комплектующее...
41502. РАБОТА СТАНЦИИ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ 49.5 KB
  Ремонт оборудования сортировочных горок устройств СЦБ и связи и наружного освещения на горках капитальный ремонт замедлителей воздухопроводной сети компрессорного оборудования в устройствах СЦБ – ремонт стрелочных переводов гарнитуры; в устройствах связи – громкоговорящей связи в первую очередь пополнение количества динамиков; выправка профилей сортировочных горок вытяжек и сортировочных путей; эти работы являются очень ответственными трудоемкими и поэтому на практике не редко не производятся это приводит к замедлению темпа...
41503. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ, УЧЕТ И АНАЛИЗ РАБОТ СТАНЦИИ 236.5 KB
  Основные показатели работы станции. Учет работы станции формы учета и отчетности. Анализ работы станции.
41504. Провозная и пропускная способность железных дорог 37.5 KB
  Провозная способность прямо пропорциональна пропускной способности участка и массе составов поездов а также существенно зависит от конструктивных схем и параметров вагонов. Провозная способность увеличивается с понижением коэффициента тары вагонов улучшением использования их грузоподъемности. Расчеты ВНИИЖТа показывают что массовое применение восьмиосных полувагонов и цистерн габаритов Тпр и Тц позволяет увеличить провозную способность железных дорог на 18 .
41505. ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ ТРАНЗИТНЫХ ВАГОНОВ С ПЕРЕРАБОТКОЙ. РАБОТА ПАРКА ПРИЁМА 206.5 KB
  Телетайпы устанавливаются в ИЦ станции расположенным обычно рядом с СТЦ. Таким образом до прибытия поезда СТЦ получает точную информацию о составе поезда в виде ТГНЛ в которой в порядке размещения в составе содержатся основные сведения о вагонах: его номер вес груза и наименование станция назначения получатель особые отметки. Оператор СТЦ различает полученную телеграмму натурку в соответствии с планом формирования поездов данной станции. Станция обычно получает 3 экземпляра натурки после разметки один экземпляр передается сначала...
41506. ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТЫ ПАРКОВ ОТПРАВЛЕНИЯ 144.5 KB
  На сортировочной станции А производится смена поездных локомотивов у всех поездов как транзитных так и прибывших в расформирование. На сортировочной станции Б четные и нечетные поезда отправляются с локомотивами депо 1; у транзитных поездов смена локомотивов не производится только смена бригад. Могут быть любые другие сочетания участков обращения локомотивов с участками работы локомотивных бригад. В зависимости от схемы обслуживания поездов поездными локомотивами и локомотивными бригадами на сортировочных станциях с локомотивами могут...
41507. ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТЫ СОРТИРОВОЧНЫХ ПАРКОВ. ПРОЦЕСС НАКОПЛЕНИЯ ВАГОНОВ В СОРТИРОВОЧНОМ ПАРКЕ 109 KB
  Процесс накопления вагонов отдельного назначения его показатели. Процесс накопления вагонов отдельного назначения его показатели. График накопления вагонов отдельного назначения.