WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

im. Jarosława Dąbrowskiego

MECHANIKA TECHNICZNA

ĆWICZENIE LABORATORYJNE

Temat: Doświadczalne wyznaczanie wielkości odkształcenia
i naprężenia w wybranym przekroju belki zginanej

Warszawa 2005

Spis treści

			Strona
1.	Cele ćwiczenia ........................................................................................................		2
2.	Schemat układu pomiarowego ................................................................................		2
3.	Wykonanie ćwiczenia .............................................................................................		3
4.	Wyniki pomiarów ...................................................................................................		3
	4.1.	Tabele pomiarowe .........................................................................................	3
	4.2.	Wykresy .........................................................................................................	4
5.	Sprawozdanie ..........................................................................................................		4

1. Cele ćwiczenia

W trakcie realizacji ćwiczenia laboratoryjnego wykonujący powinni zapoznać się z następującymi zagadnieniami:

1. sposobem pracy belki zginanej,

2. metodyką pomiarów naprężeń przy użyciu tensometrów elektrycznych,

3. dokonać ilościowej i jakościowej oceny pracy badanej belki,

4. porównać wyniki badań eksperymentalnych z obliczonymi na drodze analitycznej,

5. oszacować przyczyny i rodzaje popełnianych błędów,

6. wyciągnąć wnioski typu konstrukcyjnego.

2. Schemat układu pomiarowego

Ogólny widok stanowiska do wyznaczania wartości odkształcenia oraz naprężenia
w wybranym przekroju izotropowej belki zginanej przedstawiono na rysunku 1. Składa się ono z podstawy (1), do której przymocowana jest badana belka (4). Obciążenie belki realizowane jest przez zespół ciężarków (5) zawieszonych na szalce (6).

Układ pomiarowy typu elektrycznego przeznaczony jest do pomiarów tensometrycznych. Składa się on z foliowego (papierowego) tensometru elektrooporowego typu liniowego (2) naklejonego na górnej (dolnej) powierzchni belki. Pomiar odkształceń dokonywany jest za pośrednictwem elektronicznego wzmacniacza tensometrycznego (mostka tensometrycznego) ESAM Strain Master (3), którego szczegółowy opis konstrukcji oraz zasadę działania zawiera osobna instrukcja. Podłączenie mostka tensometrycznego do sieci 230V jest jednoznaczne z przygotowaniem aparatury do pracy.

Rys.1. Schemat układu pomiarowego: 1 - podstawa, 2 - tensometr, 3 - mostek tensometryczny,

4 - badana belka, 5 - obciążenie, 6 - szalka

3. Wykonanie ćwiczenia

W celu prawidłowego przeprowadzenia ćwiczenia laboratoryjnego, poszczególne czynności należy wykonać w następującej kolejności:

1. zamocować badaną belkę do podstawy za pomocą uchwytu,

2. połączyć tensometr z dowolnym kanałem pomiarowym (od nr 1 do nr 8) mostka tensometrycznego,

3. podłączyć wtyczkę zasilania mostka tensometrycznego do gniazda kontaktu 230V,

4. włączyć mostek tensometryczny i dokonać ustawień początkowych, według poleceń prowadzącego ćwiczenie, dla wybranego kanału pomiarowego,

5. zawiesić szalkę bez ciężarków w przekroju badanej belki wskazanym przez prowadzącego ćwiczenie,

6. dokonać równoważenia kanału pomiarowego w celu otrzymania zerowego wskazania wartości odkształcenia,

7. początkowe (zerowe) wskazania mostka tensometrycznego oraz wartości obciążenia zapisać w tabeli 1,

8. założyć na szalkę obciążenie w postaci masy m₁ i dokonać odczytu wartości odkształcenia ε₁ na wyświetlaczu mostka tensometrycznego; wyniki zapisać
   w tabeli 1,

9. zwiększyć obciążenie do wartości masy m₂ i dokonać odczytu wartości odkształcenia ε₂ na wyświetlaczu mostka tensometrycznego; wyniki zapisać w tabeli 1,

10. pomiary prowadzić do wartości masy m_i podanej przez prowadzącego ćwiczenie,

11. dokonać zmiany przekroju pomiarowego oraz powtórzyć czynności pomiarowe dla kolejnej serii mas m_i, podanej przez prowadzącego ćwiczenie, zgodnie z punktami od 5 do 10.

Sugerowane obciążenie dla przekroju końcowego badanej belki wynosi od 0 do 3 kg
z krokiem co 0,5 kg. Natomiast dla przekroju środkowego badanej belki od 0 do 6 kg
z krokiem co 0,5 kg lub z krokiem co 1 kg.

Sugerowana liczba wykonanych pomiarów dla jednego przekroju wynosi minimum 3 razy.

Po wykonaniu pomiarów należy odciążyć badaną belkę zdejmując kolejne masy
z szalki. Dla belki z pustą szalką dokonać odczytu wartości odkształcenia, tzw. „niepowrotu”. Następnie wyłączyć mostek tensometryczny oraz odłączyć go od sieci 230V.

4. Wyniki pomiarów

4.1. Tabele pomiarowe

Zmierzone podczas przeprowadzania ćwiczenia doświadczalne wartości pomiarowe należy zapisać w odpowiednich pozycjach w tabeli 1 przedstawionej poniżej. Puste pola należy uzupełnić dokonując stosownych przeliczeń według zamieszczonych zależności.

Tabela 1

εid = εi ⋅ 10^-6 σid = E ⋅ εid Pi = mi ⋅ g
Przekrój .......... E = .......... [ MPa ]					Przekrój .......... E = .......... [ MPa ]
mi	εi	εid	σid	Pi	mi	εi	εid	σid	Pi
[ kg ]	[ μm/m ]		[ MPa ]	[ N ]	[ kg ]	[ μm/m ]		[ MPa ]	[ N ]

Obliczone na drodze analitycznej wartości odkształceń należy zapisać
w odpowiednich pozycjach w tabeli 2 przedstawionej poniżej. Puste pola należy uzupełnić dokonując stosownych przeliczeń według zamieszczonych zależności.

Tabela 2

εit = (6 ⋅ P ⋅ l) / (E ⋅ b ⋅ h^2) σit = E ⋅ εit
Przekrój .......... l = ....... [ mm ] b = ....... [ mm ] h = ....... [ mm ]			Przekrój .......... l = ....... [ mm ] b = ....... [ mm ] h = ....... [ mm ]
Pi	εit	σit	Pi	εit	σit
[ N ]		[ MPa ]	[ N ]		[ MPa ]

4.2. Wykresy

Na podstawie wypełnionych tabel 1 i 2 należy wykonać następujące, zbiorcze wykresy obrazujące w sposób graficzny obliczone i zmierzone wartości pomiarowe:

1. ε_id = f (P_i) oraz ε_it = f (P_i),

2. σ_id = f (P_i) oraz σ_it = f (P_i),

3. σ_id = f (ε_id) oraz σ_it = f (ε_it).

Wszystkie trzy, zbiorcze wykresy należy wykonać wyłącznie ołówkiem i na papierze milimetrowym, a następnie dołączyć je do sprawozdania z wykonanego ćwiczenia laboratoryjnego.

5. Sprawozdanie

Sprawozdanie powinno składać się z następujących, głównych elementów:

1. strony tytułowej zawierającej temat ćwiczenia laboratoryjnego, imię (imiona)
   i nazwisko (nazwiska) wykonawcy (wykonawców) oraz numer grupy szkoleniowej,

2. celu (celów) ćwiczenia laboratoryjnego,

3. uproszczonego schematu stanowiska pomiarowego z zaznaczonymi - niezbędnymi dla poprawnej interpretacji metodyki wykonywania ćwiczenia, przeprowadzonych obliczeń oraz sporządzonych wykresów - elementami składowymi tego stanowiska, wymiarami geometrycznymi, usytuowaniem czujników pomiarowych, sposobem realizacji podparcia oraz obciążenia badanego obiektu, itp.,

4. tabel pomiarowych zawierających zmierzone wielkości pomiarowe oraz wymagane obliczenia analityczne,

5. wykresów graficznych sporządzonych na podstawie tabel pomiarowych,

6. uwag i wniosków jakie nasuną się wykonawcy (wykonawcom) w czasie badań na stanowisku oraz podczas opracowywania analitycznego otrzymanych wyników pomiarów; w szczególności należy odnieść się do postawionych celów ćwiczenia.

Mechanika techniczna

Ćwiczenie laboratoryjne

Doświadczalne wyznaczanie wielkości odkształcenia i naprężenia w wybranym przekroju belki zginanej

4

3

A

A

l

b

h

1 2 3 4 5 6

---