41946

Анализ напряженного состояния аппарата, нагруженного внутренним давлением и изгибающим моментом

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В соответствии с этой теорией меридиональные и кольцевые напряжения возникающие в стенке цилиндрической оболочки составляют: ; ; МПа МПагде r радиус оболочки по срединной поверхности r = 01055м Из приведенных соотношений видно что напряжения вызванные внутренним давлением р постоянны не зависят от положения сечения на оболочке. При изгибе колонны в её стенках возникают нормальные в меридиональном направлении а также касательные напряжения которыми в виду их малости можно пренебречь. Меридиональные напряжения определяются по...

Русский

2013-10-26

410.71 KB

10 чел.

Лабораторная работа №6

Анализ напряженного состояния аппарата, нагруженного

внутренним давлением и изгибающим моментом

Цель работы:

  1.  Теоретическое определение напряжений, возникающих в цилиндрическом корпусе колонного аппарата от внутреннего давления и изгибающих сил
  2.  Экспериментальное определение напряжений в корпусе аппарата при различных нагружения.
  3.  Сравнительный анализ результатов.

Теоретическая часть

При определении напряжений от давления р за расчетную схему корпуса колонны принимается тонкостенная оболочка, которую можно рассматривать по безмоментной теории. В соответствии с этой теорией меридиональные и кольцевые напряжения, возникающие в стенке цилиндрической оболочки, составляют:

; ;

МПа

МПа
где r – радиус оболочки по срединной поверхности (r = 0,1055м)

Из приведенных соотношений видно, что напряжения, вызванные внутренним давлением р, постоянны (не зависят от положения сечения на оболочке). Кроме того, в соответствии с безмоментной теорией, они равномерно распределены по толщине стенки оболочки.

При определении напряжений от ветровой нагрузки за расчетную схему колонны принимается консольная балка, защемленная на конце и находящаяся под действием распределенной нагрузки. В связи с тем, что нагрузка распределена неравномерно, при проведении практических расчетов колона по высоте разбивается на n участков. На каждом участке интенсивность распределенной нагрузки усредняется, а сама нагрузка заменяется сосредоточенной силой Qi, приложенной в центре тяжести соответствующего участка колонны  (рис 1б).

Ветровая нагрузка на каждом участке определяется как сумма статической  и динамической составляющих:

где ,,- площадь, высота и диаметр колонны на данном участке.

Усредненный ветровой напор на участке i равен:

,

где 0,7 – аэродинамический коэффициент при обтекании цилиндра; - коэффициент, учитывающий увеличение напора с высотой; - ветровой напор на высоте 10м для данного географического района.

Динамическая составляющая ветрового напора  определяется как

,

где - масса участка,- ускорение центра тяжести участка при упругих поперечных колебаниях колонны.

Ускорение определяется жесткостью корпуса колонны и фундамента, периодом собственных колебаний аппарата, положением (координата Хi) рассматриваемого участка.

При изгибе колонны в её стенках возникают нормальные (в меридиональном направлении) , а также касательные напряжения, которыми, в виду их малости, можно пренебречь.

Меридиональные напряжения определяются по формуле:

где М – изгибающий момент в сечении с координатой х (рис 1), у – расстояние от оси z до точки, в которой определяется напряжение (рис 2)

                                                                                                Рисунок 2 – Распределение напряжений по сечению колонного аппарата.

Момент инерции сечения колонны относительно оси z равен:

, ,

,- внутренний и наружный диаметр колонны

Максимальное меридиональное напряжение в сечении аппарата можно найти из выражения:

;

где - момент сопротивления сечения колонны относительно оси z.

Из приведенных соотношений видно, что напряжения от изгибающего момента по сечению колонны распределяются по линейному закону и достигают наибольших по абсолютной величине значений на её нагруженной поверхности. На наветренной стороне эти напряжения растягивающие, а на подветренной – сжимающие (рис.2,в).

Изгибающий момент М от ветреной нагрузки достигает наибольшего значения в заделке:

,

а на участке за последней силой (рис1,б) в соответствии с принятой расчетной схемой М=0. Общее уравнение изгибающих моментов может быть записано с следующем виде:

,

где - изгибающий момент на участке j, расположенном между силами и ;  - сосредоточенная сила, приложенная в точке с координатой ; - координата точки, в которой определяется момент .

Наибольшее напряжение от изгибающих сил:

МПа, возникает в сечении с координатой х = 120мм.

Определим эквивалентные напряжения от изгибающих сил по третей теории прочности:

; 

МПа

Изгибающие напряжения от ветровой нагрузки совпадают по направлению с меридиональными напряжениями от внутреннего давления, но в отличие от последних изменяются по сечению и по высоте колонны. Кольцевые напряжения от ветровой нагрузки равны нулю.

Результирующие напряжения:

;

Максимальные напряжения на наветренной стороне:

;

а на подветренной:

;

Экспериментальная часть

  1.  Для каждого датчика определяем разницу показаний
  2.  Определяем меридиональные и кольцевые напряжения

;

где - коэффициент тензочувствительности;  - разность показаний прибора ВСТ-4 для датчиков, ориентированных в меридиональном направлениях (датчики с четными номерами); - разность показаний прибора для датчиков, ориентированных в кольцевом направлении (нечетные);

Описание экспериментальной установки

Рисунок 3 – Схема экспериментальной установки

Экспериментальная установка (рис.3) имитирует расчетную схему колонного аппарата, нагруженного внутренним давлением р и двумя сосредоточенными силами Q1 и Q2, которые заменяют статическую составляющую ветровой нагрузки (ри.1б).

Корпус колонны 1 выполнен из стандартной стальной трубы наружным диаметром Dн=219мм и толщиной стенки δ=8мм. Днища колонны стандартные эллиптические. Высота корпуса Нк = 1550мм. Аппарат опирается на цилиндрическую опору, изготовленную из такой же стальной трубы высотой Ноп = 500мм. Давление в колонне обеспечивается плунжерным насосом 5 и фиксируется манометром 3 (рабочая среда – машинное масло). Сосредоточенные силы создаются двумя винтовыми домкратами 9 и замеряются пружинными динамометрами 8 и индикаторными часового типа. Координаты приложения нагрузок (расстояние от основания колонны) X1=700мм, Х2=1760мм.

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ

В лабораторной работе были определены напряжения, возникающие в вертикальной колонне от действия внутреннего давления, от ветровой нагрузки и от их совместного воздействия. Теоретические и экспериментальные данные расходятся незначительно, значительное расхождение наблюдается в нескольких точках, что можно объяснить погрешностью при снятии измерений, возможной неисправностью оборудования. По полученным данным были построены графики зависимости напряжения от координаты сечения х, а также график изгибающего момента от координаты х, на котором можно выделить две прямые, пересекающиеся в точке приложения силы Q2. От действия внутреннего давления в аппарате возникают меридиональные и кольцевые силы, которые постоянны по всему сечению аппарата. Напряжения, возникающие от ветровой нагрузки, – меридиональные напряжения – изменяются по сечению аппарата в зависимости от координаты х (эти напряжения максимальны в заделке). Напряжения от изгибающего момента по сечению колонны распределяются по линейному закону и достигают наибольшей по абсолютной величине значений на её нагруженной поверхности. На наветренной стороне эти напряжения растягивающие, а на подветренной – сжимающие. При ветровой нагрузке не возникают кольцевые напряжения, так как сила Q действует только в вертикальной плоскости.

Выводы:

 В результате проведенных расчетов определили меридиональные и кольцевые напряжения.  Построили графики зависимостей напряжения от координаты х по теоретическим и экспериментальным данным. Провели сравнение результатов теоретических расчетов и экспериментальных данных.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83278. Урок мислення 53 KB
  Мета: Формувати уявлення про значення води як одну з найпоширеніших і незвичайних речовин у природі поглибити уявлення про різні стани води формувати навички самостійного перетворення води вчити експериментувати.
83279. Відтворювання цілого з частин. «Збери картинку», «Шматочок» 145 KB
  Активізувати пізнавальну діяльність учнів; сприяти розвитку пам’яті учнів, уяви, мислення, мови, моторики. Формувати в учнів просторові уявлення, привчати їх до самостійного творчого мислення. Розширювати кругозір, розвивати прагнення бути активним у виконанні колективних творчих вправ.
83280. Осінь щедра, прощавай! 82.5 KB
  Мета: вчити бачити красу рідного краю, милуватися її дарами. Розвивати спостережливість, творчі здібності. Виховувати любов до праці, шанобливе ставлення до хліба, повагу до традицій рідного краю.
83281. Розквітни красою на щастя, на долю, моя Україно 573 KB
  Обладнання: книга - Усний журнал із оформленням сторінок карта України символіка народні символи: кетяги калини барвінок чорнобривці вишиті рушники образ Матері Божої вінок із квітів символів колоски пшениці дитячі малюнки із краєвидами фотоматеріали міста дитячі журнали Моя країна...
83282. Про доброту і милосердя 51.5 KB
  Ще з давніх часів доброта і милосердя були в традиціях нашого народу. Природним вважалося допомогти знедоленому, нещасному,поділитися шматком хліба, дати притулок бездомному, захистити старість,немічність, скривдженого. Добро виховується в наших душах і серцях старанням і бажанням його творити.
83283. Україно, ти моя молитва… Літературно-музичне свято 56 KB
  Юнак. Україна! Одне тільки слово – і ми входимо у світи сивої, мов жито, історії і барвінкової юності, у світи трагедійного епосу і поетичного відродження, у світи героїчних діянь і неповторної краси. Дівчина. Україно! Про тебе сиві кобзарі співали, що ти обездолена чайка-небога...
83284. Україна – наш спільний дім 317 KB
  Мета: Узагальнити та систематизувати знання учнів про Україну її історію державні та народні символи. На уроках ви співали пісні й декламували вірші знайомились з державною символікою знаходили на карті її ріки міста і гори засвоювали мову звичаї і традиції читали оповідання з історії.
83285. Україна та її історія на уроках зарубіжної літератури 121.5 KB
  Мета: Поглибити знання учнів про життя і творчість зарубіжних письменників, пов’язаних з Україною, її історією та культурою; сприяти творчо – асоціативній діяльності, розвивати дослідницькі та комунікативні навички.
83286. Вірю в майбутнє твоє, Украіно! 49 KB
  А я вважаю, що кожен народ має право на самобутність, свою мову, свою культуру. І той, хто не поважає свою мову, свій народ,- той не поважає,перш за все,себе. Хіба англійці соромляться своєї мови, а французи говорять китайською? Хіба ми гірші за інші народи?