Дисциплина "ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА" , журнал лабораторных работ, специальность 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»
электронный образовательный ресурс

ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДНИЕ

«БЕЛГОРОДСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА

ЖУРНАЛ

  лабораторных работ

специальность   23.02.03

 «Техническое облуживание и ремонт автомобильного транспорта»

2018

Одобрена 

предметно -  цикловой  комиссией

общепрофессиональных

дисциплин

    Разработана на основе                          рабочей программы учебной

дисциплины

«Техническая механика»                                                                 по специальности

23.02.03   «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»

Протокол № 4

от «6» ноября 2018 г.

Председатель предметно-

цикловой  комиссии

______________________

подпись Ф.И.О.

Составитель: О.А. Новацкая, преподаватель ОГАПОУ «БСК»

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторный практикум является неотъемлемой и существенной составной частью учебного процесса по изучению дисциплины «Техническая механика».  Его целью является:

• сообщить студентам необходимые сведения о методах изучения механических свойств материалов;
• ознакомить их с поведением деталей машин  при их деформировании под нагрузкой;
• привить навыки проверки опытным путем результатов теоретического расчета;
• дать представление о существующих испытательных машинах, установках, приспособлениях и измерительных устройствах.

Лабораторные работы по разделу «Сопротивление материалов» можно условно подразделить на три группы.

К первой группе относятся работы по изучению физико-механических свойств материалов и определению их характеристик.

Ко второй группе - работы, посвященные опытной проверке теоретических положений сопротивления материалов.

К третьей группе - работы, посвященные специальным методам исследования образцов, моделей, элементов конструкций или сооружений (оптический метод и др.).

При описании лабораторных работ  приводятся:

• их цели и содержание,
• описание и характеристики применяемого оборудования,
• методики практического выполнения работ,
• методики обработки опытных результатов.

Предполагается, что обучаемые имеют на руках специальные журналы лабораторных работ, в которые заносятся опытные и расчетные результаты. Наконец, предусматривается, что при подготовке к выполнению каждой лабораторной работы студент должен изучить не только сведения, приведенные в настоящих методических указаниях, но и учебный материал, изложенный на аудиторных занятиях и в рекомендуемой учебной литературе.

Критерии оценки  лабораторной работы

Лабораторная  работа №1

«Испытание материалов  на растяжение»

Цель работы: получение диаграмм растяжения образцов, изучение механических характеристик по диаграммам растяжения.

Описание оборудования:

Испытания проводятся с помощью разрывной машины Р-50 с максимальным усилием 490 кН (50тс), вызывающей растяжение образца увеличением расстояния между захватами машины. Машина снабжена самописцем – устройством,  которое вычерчивает диаграмму растяжения (зависимость между нагрузкой и удлинением образца).  Используется образец, у которого длина цилиндрической части больше расчетной длины и равна L + D (L=200мм, D=20мм).  Края образца изготовлены большего диаметра, чтобы предохранить образец от разрушения в зажимах машины, где возникает сложное напряженное состояние.

Порядок выполнения работы:

1. Установка образца (новый эксперимент, выбор материала).

2. Испытание образца.     Эксперимент проводится в два этапа:

- деформирование в пределах  упругого участка диаграммы  (в какой-то момент разгрузить образец до исчезновения напряжений, демонстрируя свойство упругости или отсутствия остаточных деформаций);

- деформирование в упруго-пластической  зоне диаграммы (разгрузив образец, демонстрируя наличие остаточной деформации, загрузить элемент повторно, доведя до разрушения).

      3.  Занесение результатов испытания в таблицу.

Таблица значений, снятых с диаграммы, построенной самописцем в осях F, ΔL

4. Обработка результатов эксперимента.

Площадь поперечного сечения образца до испытания  А =  =

                                                                                   2

Таблица  вычисления  координат точек диаграммы растяжения в осях σ,ε

5. Построение диаграммы в осях σ,ε

6. Вывод.

Вопросы для защите лабораторной  работы

«Испытание материалов на растяжение»

- Какое соотношение между диаметром и длиной рабочей зоны образца предусматривает ГОСТ?

- Для чего нужна диаграмма растяжения материала, и в каких координатах она строится?

- Сколько характерных зон деформирования имеет диаграмма растяжения?

- Как проходит процесс деформирования на различных участках диаграммы?

- На какие группы делят механические характеристики?

- Для какого участка диаграммы справедлив закон Гука?

- Что называется пределом пропорциональности?

- Что называется пределом упругости?

- Что называется пределом текучести?

- Что называется площадкой текучести и при испытании каких материалов она бывает на диаграмме растяжения?

- Что называется пределом прочности?

- Какие деформации называют упругими и какие остаточными (пластическими)? 

- Чем отличаются друг от друга диаграммы растяжения при пластичном и хрупком разрушении материалов?

- Что называют наклёпом?   Как используют в технике явление наклёпа? 

- На основании  каких данных испытаний определяют марку стали?

Лабораторная  работа №2

«Испытание материалов  на сжатие»

Цель работы: получение диаграмм сжатия образцов, изучение механических характеристик по диаграммам сжатия.

Описание оборудования:

Испытания проводятся с помощью машины ПГ-100А. Машина снабжена самописцем – устройством,  которое вычерчивает диаграмму сжатия (зависимость между нагрузкой и деформацией образца).  

Характеристика образца:

- деревянный образец – кубик 5х5х5 см;

- стальной образец – цилиндр h=d =2см;      

- естественный или цементный камень  7х7х7 см3

- бетон – куб 20х20х20 см3

Порядок выполнения работы:

3. Установка образца (новый эксперимент, выбор материала)

4. Испытание образца на сжатие

- для стали скорость деформирования 0.002; количество точек 3;

- для чугуна скорость деформирования  0.003; количество точек ;

- для дерева вдоль волокон скорость деформирования 0.001, количество точек 7;

- для дерева поперек волокон скорость деформирования 0.001, количество точек 2.

      3.  Запись результатов испытаний на сжатие

Таблица значений, снятых с диаграммы, построенной самописцем в осях F, ΔL

4. Обработка результатов эксперимента

Площадь поперечного сечения образца до испытания

А= =

                                                                                                                                        4

Таблица вычисления  координат точек диаграммы растяжения в осях σ, ε

5. Построение диаграммы σ, ε в осях

6. Вывод:

Вопросы для защиты лабораторной  работы

«Испытание материалов на сжатие»

- Чем отличаются диаграммы сжатия пластичных и хрупких материалов?

- Что собой представляет центральное сжатие?

- Запишите формулу для определения нормальных напряжений при центральном сжатии.

- Что собой представляет изотропный материал?

- Что собой представляет анизотропный материал?

- Приведите пример из техники с рациональным использованием анизотропных свойств материала.

- Назовите характерные особенности  испытания  пластичных материалов на сжатие.

- Назовите характерные особенности испытания хрупких материалов на сжатие.

- Назовите механические характеристики, которые можно определить для пластичного материала при испытании на сжатие.

- Какой вид имеют диаграммы сжатия чугуна и бетона? Назовите характерные особенности разрушения образцов из  этих материалов.

- Как дерево разрушается при сжатии и в каком направлении обладает лучшими механическими свойствами?

- Какие характерные особенности разрушения проявляются у образцов из стали, чугуна и дерева при испытании на сжатие?

- Почему образцы из малоуглеродистой стали и чугуна при сжатии приобретают бочкообразную форму? Почему это не возникает при сжатии бетонных и деревянных образцов?

Лабораторная  работа №3

«Испытание стальной балки на изгиб»

Цель работы: определить величины  нормальных напряжений в пяти точках по высоте сечения двутавровой изгибаемой балки и сравнить экспериментально полученную эпюру напряжений с теоретической; определить  величину прогиба опорного сечения балки и  середины и угла поворота и сравнить с  теоретическими.

Описание оборудования:

Испытания проводятся с помощью установки для испытания на изгиб. Экспериментальное  определение  напряжений  у поверхности тела основано на методе тензометрии. Метод состоит в измерении малых деформаций в отдельных точках конструкции и последующем переходе от них к напряжениям с использованием закона Гука. Для замера относительного удлинения на поверхности тела намечается отрезок, длина которого до деформации s называется базой.   С помощью тензометров определяется абсолютное удлинение отрезка  Δs и вычисляется средняя на длине базы относительная деформация  ε = ,

Напряжения связаны с относительными деформациями законом Гука σ = Е ε. Т.о., зная экспериментальную величину относительной  деформации, можно вычислить напряжении по тому же направлению.

Под серединой балки установлен индикатор  часового типа для измерения прогиба, под консолью  на  расстоянии 0,1м от оси опоры  - для определения угла поворота  опорного сечения.

Нагружение  производится с помощью гидравлического домкрата и контролируется манометром, показывающим давление масла в гидросистеме.

Сечение балки – двутавр  № 20а

Расчетные параметры

кТ = 105 м – коэффициент увеличения прибором абсолютной деформации базы            тензодатчика;

ки =10-5 м –цена деления индикатора часового типа;

𝜤х= 2370 •10-8 м4 – момент инерции сечения балки относительно нейтральной оси;

Е = 2 •105 н/мм2 – модуль упругости материала балки;

а = 0,5 м  - расстояние от оси опоры до расчетного сечения

Порядок выполнения работы:

1. Установка балки (выбор материала, размеров поперечного сечения)
2. Выполнение первого этапа эксперимента.

- довести стрелку манометра до отметки 4 МПа, что соответствует усилию 20 кН;

- последовательно соединить электрический мост с клеммами  соответствующих тензодатчиков  №№1-5 и записать числовые значения в окне измерителя деформаций в графы Т1 – Т5 таблицы;

- снять отсчеты по шкалам индикаторов часового типа №№ 1,2 и записать в графы Ту1, Ту2 той же таблицы;

              - последовательно увеличивая давление масла равными шагами по шкале манометра, выполнить еще несколько этапов эксперимента (результаты занести в таблицу);

            - обработать экспериментальные данные в таблице.

6

Таблица экспериментальных данных при изгибе двутавровой балки

           3.  Построение  эпюр нормальных напряжений по высоте сечения балки. По данным эксперимента и по теории.

Экспериментальные величины

Нормальные напряжения  σ i =   Е =

σ 1  =                         σ 2 =                            σ 3 =                          σ 4 =                             σ 5=

Прогиб середины балки     f = ки ΔТуср1 =

Угол поворота опасного сечения   φ = =

Теоретические величины

Приращение изгибающего момента в расчетном сечении  ΔМ = ΔР  =

Нормальные напряжения  σ i =   =

σ 1 =                            σ 2  =                            σ 3  =                  σ 4 =                           σ 5 =

Прогиб балки в середине   f =  =

Угол поворота опорного сечения  φ =  =

Эпюры нормальных напряжений

    экспериментальная                                           и                               теоретическая

4. Вывод.

Вопросы для защиты лабораторной  работы

«Испытание стальной балки на изгиб»

- В каком случае балка испытывает чистый изгиб?

-- Как определяют нормальное напряжение при чистом изгибе?

- Какой изгиб балки называют поперечным изгибом?

- Как записывается условие прочности при изгибе?

- Какой изгиб называют поперечным? Плоским?

- Как теоретически определяют нормальные напряжения при плоском изгибе в любом слое поперечного сечения балки?

- Как распределяются нормальные напряжения по высоте сечения балки при плоском изгибе? Покажите эпюру?

- Как определяют опорные реакции в балке?

- Как строят эпюру изгибающих моментов в балке?

Лабораторная  работа №4

«Определение модуля упругости при сдвиге»

Цель работы: определить модуль сдвига при сдвиге и кручении

Описание оборудования:

Для испытания стержня круглого сечения применяют установку: вал жестко закреплен с одной стороны, а с другой стороны снабжен подшипником, не препятствующим поворотом опорного сечения относительно продольной оси. При этом перемещения в направлении перпендикулярном оси (изгибные) исключены постановкой поры под подшипником. В двух сечениях, отстоящих  друг от друга на расстоянии ℓ, к нему приварены две рамки, между которыми на расстоянии R от оси устанавливается индикатор часового типа. К подвижному торцу приварен рычаг с нагрузочной тарелкой. При приложении нагрузки к рычагу, создается момент, который вызывает кручение вала. При этом  сечения вала поворачиваются относительно продольной оси  на величину пропорциональную расстоянию этого сечения от заделки. Поэтому концы рамок, прикрепленные к разным сечениям, получают разные перемещения вдоль оси индикатора.

Порядок выполнения работы:

1. Установка образца (новый эксперимент, выбор материала).
2. В несколько этапов нагрузить вал,  положив  груз F = 1 кг (10  кн)  на нагрузочную  и снять отсчет по шкале индикатора.
3. Занесение результатов  эксперимента в таблицу.

Таблица экспериментальных данных

4. Обработка результатов эксперимента:

- найти приращения показаний индикатора  ΔТ и ΔТсред

- найти величины скручивающих моментов М= F L для всех ступеней  нагружения (М1= F1 L=0,01м •1м=0,01кн м; М2= F2 L=0,02м •1м=0,02кн м   и т.д.)

- найти приращения крутящих моментов

- обратить внимание на то, что одинаковым ступеням приращения крутящего момента соответствуют одинаковые приращения угла закручивания, что говорит о справедливости закона Гука при кручении в данных  пределах 

- определить приращение угла закручивания  Δφ=, где  к=0,00001м – цена деления шкалы

- из формулы Гука при сдвиге (кручении) выразить и определить модуль сдвига            

G = , где 0,1 d4 = 0.1 (0,016м)4 = 0,66 • 10-8  м4

5. Определение модуля сдвига  по теоретической формуле

Gтеор = , где  Е – модуль упругости,    а μ – коэффициент Пуассона  (см. таблицу)

                                                                                                                                                         9

Таблица  физико–механических характеристик материалов.

6. Сравнение  опытного и теоретического значения модуля сдвига

Δ =  100% =

7. Сделать вывод.

                                 Вопросы для защиты лабораторной  работы

                  «Определение модуля упругости при сдвиге»

- При  каком  нагружении  прямой  брус испытывает деформацию кручения?

  - Как выражается закон Гука при кручении?

- Как определяется угол закручивания образца?

- Что называется жесткостью поперечного сечения бруса при кручении? Какова размерность жесткости поперечного сечения?

- Какие факторы влияют на величину угла закручивания?

- По какой формуле определяется полярный момент сопротивления для круглого вала сплошного сечения и для вала кольцевого сечения?

- Какие напряжения возникают в поперечном сечении круглого вала при кручении?

- Напишите формулу для определения касательных напряжений.

- Какие свойства материала характеризует модуль сдвига?

Лабораторная  работа №5

«Определение критической силы сжатого стержня»

Цель работы: изучить продольный изгиб стержня в пределах упругих деформаций, определить опытным путем величины критических сил для разных способов крепления краев стержня и сравнить их с теоретическими значениями, вычисленными по формуле Эйлера.

Описание оборудования:  установка для испытания на продольный изгиб.

Характеристики образца:

 длина стержня L = 0.53м;

поперечное сечение стержня b х h = 0.022 х 0.004м ;

модуль упругости материала       Е = 2 •105

предел пропорциональности σпц =200

Порядок выполнения работы:

1. Установка образца (новый эксперимент, выбор способа крепления краев элемента).
2. Занесение в таблицу результатов эксперимента.

Таблица результатов экспериментального определения критической силы

3. Определение величины критической силы по формуле Эйлера.

Площадь поперечного сечения стержня А = b х h = 0.022 х 0.004 =

Минимальный момент инерции сечения Imin = =

Минимальный радиус инерции imin = =

Таблица вычислений критической силы и напряжений

4. Вывод.

Вопросы для защиты лабораторной  работы

«Определение критической силы сжатого стержня»

- Что называют критической силой?

- Какой вид имеет формула Эйлера для определения величины критической силы?

- Почему в формулу Эйлера входит минимальный момент инерции поперечного сечения стержня?

- От чего зависит значение коэффициента приведения длины ?

- Что такое гибкость стержня ? Как ее определяют?

- Что называют предельной гибкостью?

- Какова методика определения опытного значения критической силы?

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы