Рабочая тетрадь по сопротивлению материалов

ГБПОУ

САХАЛИНСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ

Рабочая тетрадь

по дисциплине ОП 02 «Техническая механика»

раздел «Сопротивление материалов»

Для студентов специальности

22.02.06 Сварочное производство

Фамилия и инициалы студента__________________________
Группа_______________________________________________

Южно-Сахалинск

2013 г.

Лабораторная работа № 1

Исследование деформации растяжения

Цель работы: Экспериментальное определение зависимости между внешними силами, действующими по оси образца и его относительное удлинение вплоть до разрыва; изучение параметров, характеризующих прочность и пластичность материала; освоение методики испытаний на продольное растяжение.

Домашнее задание

1. Основные понятия и определения.

2. Описание экспериментальной установки.

Лабораторное задание

1. Зарисовать эскиз образца.

Рис. 1

2. Провести эксперимент. Заполнить протокол испытаний.

Давление	Растягивающая сила	Размеры образца				Показания индикатора	Удлинение		Напряжение
		Длина	Ширина	Толщина	Площадь сечения		Абсолютное	Относительное	Условное	Истинное

3. Построить эпюру удлинения образца.

Рис. 2

4. Построить диаграмму растяжения пластичных материалов и ее характерные точки.

Рис. 3.

Выводы

Контрольные вопросы

1. Какие требования предъявляются к размерам и форме стандартных образцов для испытаний материалов на растяжение? Рассмотрите случай круглого и плоского образцов.

2. Какой вид имеет диаграмма растяжения для пластичного материала?

Дайте краткую характеристику ее участков.

3. Что такое предел текучести? Как он вычисляется при отсутствии площадки текучести?

4. Что происходит с материалом при его разгрузке и последующем нагружении после пластического деформирования?

5. Что такое временное сопротивление материала?

6.  Как деформируется пластичный материал на конечном участке диаграммы?

7.  Как вычисляется величина δ ? Какие свойства материала она определяет?

8.  Что такое относительное сужение после разрыва? Как оно определяется?

9.  Как вычислить δ,  если разрушение произошло вблизи головки образца?

Работу выполнил

Работу принял

Лабораторная работа № 2

Исследование деформации сжатия

Цель работы: сравнительное изучение свойств  пластичных и хрупких материалов при сжатии; экспериментальное определение предела прочности; освоение методики испытаний на сжатие.

Домашнее задание

1. Основные понятия и определения.

2. Описание лабораторной установки.

Лабораторное задание

1.Эскиз образца.

Рис. 1.

2. Провести  эксперимент.  Заполнить протоколы испытаний.

Материал образца	Давление масла	Сжимающая сила	Диаметр или длина стороны	Высота	Площадь сечения	Показания индикатора	Относительное уширение	напряжение		Относительное укорочение
								условное	истинное

	параметры
	Вдоль волокон древесины	Поперек волокон древесины
Сторона ребра куба, мм Площадь поперечного сечения, мм Разрушающая нагрузка,Н

Выводы

Контрольные вопросы

1.  Какую форму имеют образцы для испытаний на сжатие? Почему нельзя проводить испытания на длинных образцах?

2.  Изобразите примерный вид диаграммы сжатия пластичного материала. Какие характерные участки можно выделить на диаграмме?

3.  Как вычисляется предел текучести пластичного материала при сжатии?

4.  Для каких материалов не определяется временное сопротивление при сжатии? Почему?

5.  Опишите, как изменяется форма образца в процессе испытания на сжатие. Какие причины вызывают бочкообразность образца? Можно ли избежать

 бочкообразности или хотя бы уменьшить ее?

6.  По каким признакам можно установить начало текучести при сжатии?

7.  Изобразите примерную диаграмму сжатия хрупкого материала. В чем ее основные отличия от диаграммы пластичного материала?

8.  Сделайте эскиз разрушенного образца из хрупкого материала. Как располагается площадка, по которой разрушился образец? Какие напряжения действуют на этой площадке?

9.  Как называется основная характеристика прочности хрупкого материала при сжатии? Как она определяется?

10.  При каком направлении сжимающей силы — вдоль или поперек волокон — прочность волокнистого материала будет больше? Почему?

Работу выполнил

Работу принял

Лабораторная работа №3

Исследование деформации сдвига

 ( испытание на срез)

Цель работы: определение предела прочности при деформации сдвига той же конструкционной стали, которая испытывалась на растяжение, проверка соотношения пределов прочности конструкционного металла (стали) на срез и разрыв, освоение методики испытания стального образца на срез.

Домашнее задание

1. Основные понятия и определения.

2. Описание лабораторной установки.

Рис. 1. Испытание на срез.

Лабораторное задание

1. Эскиз образца.

Рис. 2.

2. Провести эксперимент. 

3. Вычислить временное сопротивление при срезе.

4. Полученное значение τ_в сравнить с σ_вр ,если образцы были изготовлены из одинакового материала.

Выводы

Контрольные вопросы

1.  Назовите деформации, испытываемые стержнем при его перерезывании двумя равными силами, перпендикулярными оси стержня. Какую роль играет расстояние между линиями действия сил?

2.  Почему ножницы, исправно работающие, если их держать правой рукой, плохо режут, когда их перекладывают в левую руку?

3.  Как развивается разрушение при сдвиге, какие напряжения возникают при этом? Чему равно касательное напряжение при срезе?

4.  Укажите участки смятия, образующиеся при срезе стержня. Какие напряжения возникают в этом случае?

5.  Что такое односрезное и двухсрезное соединения? Укажите участки (сечения) стержня, где возникают напряжения среза и смятия в каждом из соединений.

6.  Как приложены к стержню истинные напряжения смятия и как вычисляются условные напряжения смятия?

7.  Какие напряжения опаснее для заклепки: среза или смятия? Объясните почему.

8.  Почему при испытании на срез пластины нагружающего приспособления и образец должны быть плотно (без зазора) подогнаны друг к другу?

9.  Почему в нагружающем приспособлении рекомендуется использовать вкладыши из материала большой твердости?

10.  Какие данные надо получить из эксперимента, чтобы определять предельные напряжения смятия и разрушающие напряжения среза? Напишите формулы для вычисления этих напряжений.

Работу выполнил

Работу принял

Лабораторная работа № 4

Исследование деформации кручения

4.1. Определение модуля сдвига  G стали при кручении

Цель работы: экспериментальная проверка закона Гука при кручении, определение модуля сдвига G стали при кручении.

Домашнее задание

1. Основные понятия и определения.

2. Описание лабораторной установки.

Рис. 1.

1.                                                                      2.

3.                                                                      4.

5.                                                                      6.

7.                                                                      8.

9.

Лабораторное задание

1. Ознакомиться с устройством установки.

2. Провести эксперимент.

Расчетные данные

Материал вала	D, м	I, м	R, м	P,м
Ст 3	14,85×103	500×103	500×103	250×103

 3. Заполнить протокол испытаний.

Р, н	Мкр,, Н×м	Отсчеты по индикатору, Z	Разность смежных отсчетов, Δ Z
0	0
10	5
20	10
30	15
40	20
50	25

Выводы

4.2. Определение угла закручивания φ при кручении

Цель работы: Экспериментальное определение угла закручивания φ и сравнение его с теоретическим значением, при изменении материала вала.

Лабораторное задание

1.Провести эксперимент.

2. Учитывая расчетные данные, определить φ_эксп.

Расчетные данные

Материал вала	D, м	I, м	R, м	P,м
Ст 3	14,85×103	500×103	500×103	500×103
Чугун	14,85×103	500×103	500×103	500×103
Алюминий	14,85×103	500×103	500×103	500×103

3. Заполнить протокол испытаний.

Протокол  испытаний №1

Материал вала		сталь
Р, Н	Мкр,, Н×м	Отсчеты Z	Разность отсчетов, Δ Z	φтеор.	φэксп.

Протокол  испытаний №2

Материал вала		Чугун
Р, Н	Мкр,, Н×м	Отсчеты Z	Разность отсчетов, Δ Z	φтеор.	φэксп.

Протокол  испытаний №3

Материал вала		Алюминий
Р, Н	Мкр,, Н×м	Отсчеты Z	Разность отсчетов, Δ Z	φтеор.	φэксп.

Выводы

Контрольные вопросы

1. Что такое модуль сдвига? Напишите выражение закона Гука при сдвиге.

2.  Что такое главные нормальные напряжения? Как они направлены и чему равны в случае чистого сдвига?

3.  Какими способами можно нагружать элемент, вырезанный из образца, чтобы осуществить деформацию чистого сдвига?

4.  Как связан модуль сдвига с модулем упругости при растяжении?

5.  Какие величины следует определить из эксперимента на кручение, чтобы вычислить модуль сдвига материала?

6.  Выпишите формулы, связывающие удлинения и напряжения при плоском напряженном состоянии. Как они упрощаются в случае чистого сдвига?

7.  Как вычисляются максимальные касательные напряжения при кручении трубы? Выпишите соответствующую формулу и объясните, какие параметры входят в нее.

8.  Почему нагружение трубы ведется ступенями? Чем ограничивается значение крутящего момента?

9. Как определить направления и знаки главных напряжений при заданном направлении крутящего момента? Нарисуйте поясняющую схему.

Работу выполнил

Работу принял

Лабораторная работа № 5

Определение деформации винтовой пружины

Цель работы: Экспериментальная проверка расчетной зависимости осадки (деформации) винтовой пружины от нагрузки.

Домашнее задание

1. Основные понятия и определения.

2. Описание лабораторной установки.

Лабораторное задание

1. Эскиз образца

Рис. 1. Внутренние усилия в витке пружины.

2. Провести эксперимент. Заполнить протокол испытаний.

Параметры пружины
Dн	Dвн	D	d	H	I	Р	λ

Рис. 2. Экспериментальное определение характеристики пружины.

Рис. 3. Влияние параметров пружины на ее жесткость.

3. Расчет деформации пружины.

Выводы

Контрольные вопросы

1. Какие внутренние усилия возникают при сжатии цилиндрической пружины и чему они равны?

2.  Какие упрощения можно ввести при расчете цилиндрической пружины с малым шагом витков? Какой шаг можно считать малым?

3.  Выпишите формулу для вычисления максимальных касательных напряжений, возникающих в сечении сжатой пружины малого шага. В каких точках они действуют?

4.  Какой вид имеет формула для определения осадки пружины, как влияют различные параметры пружины на величину осадки?

5.  Что такое жесткость пружины? Как она определяется теоретически? Что называется характеристикой пружины?

6.  Опишите ход эксперимента по определению жесткости пружины. Для чего используется ступенчатое нагружение?

7.  Жесткость пружины требуется увеличить в 8 раз, не изменяя числа витков. Как надо изменить диаметр проволоки пружины или диаметр пружины, чтобы получить требуемое увеличение жесткости? Что выгоднее с точки зрения материалоемкости пружины?

8.  Как подсчитать жесткость пакета из последовательно соединенных пружин? Поясните, почему жесткость пакета меньше жесткости любой из составляющих его пружин.

9.  Как вычислить жесткость пакета параллельно работающих пружин? В чем причина повышения жесткости пакета по сравнению с жесткостью каждой из отдельных пружин?

10.  Какой вид имеет характеристика пакета пружин, работающих параллельно, при их последовательном включении в работу (когда длины вставленных друг в друга пружин отличаются на некоторую величину)?

Работу выполнил

Работу принял

Лабораторная работа № 6

Экспериментальная проверка формулы прогиба консольно-закрепленной балки

Цель работы: Экспериментально проверить теорию определения прогиба балки с помощью дифференциального уравнения упругой линии балки.

Домашнее задание

1. Основные понятия и определения.

2. Описание лабораторной установки.

Рис. 1. Схема испытываемой балки с консолями.

Лабораторное задание

1. Схемы нагружения балок.

Рис. 2. Схемы нагружения балок, испытываемых на изгиб:

а - балка с консолями, б – простая балка, в – консоль.

2. Провести эксперимент. Заполнить протокол испытаний.

№	l,м	B,м	H,м	Iх	Yc	Yс экспер.	Δ

Выводы

Контрольные вопросы

1.  Как изменяются нормальные напряжения по высоте сечения балки? Выпишите формулу и поясните ее.

2.  Что называется нейтральной линией? Как она расположена?

3.  Какие внутренние силовые факторы вызывают появление нормальных и касательных напряжений при изгибе балки?

4.  Как вычислить изгибающий момент и поперечную силу в заданном сечении балки?

5.  По какой формуле вычисляют касательные напряжения при поперечном изгибе? Где они имеют наибольшее значение?

6.  В каком напряженном состоянии находится элемент балки вблизи нейтральной оси? Чему равны главные напряжения в этом элементе и как они направлены?

7.  Какие механические характеристики материала балки необходимо знать, чтобы вычислить главные напряжения на нейтральной линии? Выпишите соответствующую формулу.

Работу выполнил

Работу принял

Лабораторная работа № 7

Определение критической силы при сжатии гибкого стержня

Цель работы: Изучение явлений потери устойчивости при осевом сжатии гибких стержней и опытное определение критической силы.

Домашнее задание

1. Основные понятия и определения.

2. Описание лабораторной установки.

Лабораторное задание

1.Эскиз образца.

Рис. 1. Сжатие стержня, шарнирно опертого по концам.

2. Провести эксперимент.

3. Выявить закон изменения величины F_кр.

4.Заполнить протокол испытаний.

Условия закрепления стержня	Изменение диаметра			Условия закрепления			Изменение длины
Материал СТ 3
Модуль упругости Е, Па
Длина образца L, м
Поперечное сечение (профиль)
Площадь сечения А, м2
Момент инерции J, м4
Радиус инерции I, м
Коэфф. Приведения длины μ
Гибкость стержня λ=μ l /imin
теотетическая Fkp=π2ЕЈmin/(μl)2                                    опытная
% расхождения

Контрольные вопросы

1.  В чем состоит явление потери устойчивости при сжатии стержня? Какая сила называется критической?

2.  Как вычисляется критическая сила при потере устойчивости в области упругих деформаций?

3.  Что называется критическим напряжением и как его вычислить?

4.  Как вычисляется гибкость стержня? Как влияют на гибкость условия закрепления концов стержня? Приведите примеры.

5.  Как ведет себя стержень, потерявший устойчивость, при уменьшении нагрузки? Рассмотрите поведение длинного и короткого стержней.

6.  Укажите границы применимости формулы Эйлера. Чем вызвано это ограничение?

7.  Как изменяется изгибная жесткость сжатого стержня при нагрузке, близкой к критической? Чем объясняется это изменение?

8.  Как вычисляется критическое напряжение для стержней малой гибкости? Рассмотрите случаи пластичного и хрупкого материалов.

9.  Как производится сравнение теоретических и экспериментальных значений критического напряжения?

10.  Укажите   возможные причины несовпадения экспериментальных и теоретических данных. Какие меры следует принять для уменьшения расхождения?

Работу выполнил

Работу принял