Akademia Techniczno Rolnicza w Bydgoszczy

Wydział Mechaniczny

Zakład Ogólnych Podstaw Konstrukcji Maszyn

T : Badanie rozkładu naprężeń tnących w spoinie pachwinowej.

Studium : Mgr Semestr IV

Grupa A

Zespół ćw. I

Data ćw. 17.03.99

Skład grupy:

1. Remigiusz Rybak

2. Marcin Streich

3. Rafał Ratz

4. Daniel Pocztół

5. Bartosz Ryzop

6. Tomasz Sakson

1. Wstęp teoretyczny :

Podczas obliczania spoin pachwinowych sprowadzamy wszystkie obliczenia w spoinach do tzw. umownych naprężeń stycznych ' i przyjmujemy , że rozkład tych naprężeń na długości szwu jest równomierny i obliczamy go ze wzoru :

Gdzie : a - grubość obliczeniowa spoiny

l - długość obliczeniowa spoiny

P - siła rozciągająca złącze

k'_t= naprężenia dopuszczalne dla spoiny

W rzeczywistości jednak przy określaniu naprężeń w spoinach pachwinowych należy uwzględnić sprężyste odkształcenia spoin i części łączonych. Części łączone pod wpływem sił rozciągających wydłużają się i przemieszczają, a w spoinach pachwinowych powstają odkształcenia postaciowe.

W ćwiczeniu tym dokonamy wyznaczenia doświadczalnego rozkładu naprężeń tnących w spoinie za pomocą odczytów z mostków tensometrycznych (zależność obliczeniowa (2)) oraz wykonamy dwa obliczenia teoretycznego rozkładu naprężeń : jedno wg. Zależności (1) drugie natomiast obliczenie uwzględniające sprężyste wydłużenie spoiny obliczymy z zależności (3) .

Zależność (2)

Gdzie :

σ_i, σ_i  naprężenia rozciągające pasa mierzone w „i+1” i „i” punkcie tensometrycznym ,

x_i+1, x_i - odległości „i+1” oraz „i” punktu tensometrycznego od początku złącza

zależność (3)

gdzie :

II. Schemat połączenia i stanowiska pomiarowego:

Rys. 1 Schemat połączenia spawanego.

Rys. 2 Schemat stanowiska badawczego.

Stanowisko badawcze składa się z prostej specjalistycznej maszyny wytrzymałościowej typu dźwigniowego ( przekładnia układu 1:6,48) , badanej próbki spawanej z naklejonymi tensometrami oraz mostka tensometrycznego. Maszyna wytrzymałościowa posiada korpus spawany (1), w którego górnej części ułożyskowano ślizgowo dźwignie (2). Badana próbka spawana (3) jest zamocowana przegubowo w korpusie oraz w krótszym ramieniu dzwigni. Obciążenie próbki siłą rozciągającą uzyskuje się za pomocą urządzenia naciągowego złożonego za śruby (4) i nakrętki (5).

3. Protokół pomiarowy

Dla wydłużenia względnego na śrubie rzymskiej  = 50m/m

Odległość punktów tensometrycznych	Wskazania mostka tensometrycznego	Naprężenia rozciągające	Naprężenie tnące doświadczalne	Naprężenia tnące teoretyczne
xi [mm]	i	σxi [MPa]	xi [MPa]	x [MPa]
X1= 12	81	16.2	7.17	9,1
X2= 38	61	12.2	0.38	0,6
X3= 62	60	12	2.6	0,1
X4= 87	53	10.6	7.7	1,1
X5= 110	34	6.8	-	11,2
Pola przekrojów F1= 140mm^2 , F2= 280mm^2
Zadana siła P = 1130 N, średnica śruby rzymskiej d= 12 mm

Dla wydłużenia względnego na śrubie rzymskiej  = 100m/m

Odległość punktów tensometrycznych	Wskazania mostka tensometrycznego	Naprężenia rozciągające	Naprężenie tnące doświadczalne	Naprężenia tnące teoretyczne
xi [mm]	i	σxi [MPa]	xi [MPa]	x [MPa]
X1= 12	142	28.4	11.8	18,2
X2= 38	109	21.8	1.16	1,2
X3= 62	106	21.2	4.48	0,2
X4= 87	93	18.6	13.7	2,1
X5= 110	59	11.8	-	22,4
Pola przekrojów F1= 140mm^2 , F2= 280mm^2
Zadana siła P = 2261 N, średnica śruby rzymskiej d= 12 mm

Dla wydłużenia względnego na śrubie rzymskiej  = 150m/m

Odległość punktów tensometry- cznych	Wskazania mostka tensometry-cznego	Naprężenia rozciągające	Naprężenie tnące doświadczalne	Naprężenia tnące teoretyczne
xi [mm]	i	σxi [MPa]	xi [MPa]	x [MPa]
X1= 12	260	52	21.5	27,3
X2= 38	200	40	2.71	1,8
X3= 62	193	38.6	8.5	0,3
X4= 87	170	34	25.9	3,1
X5= 110	106	21.2	-	33,6
Pola przekrojów F1= 140mm^2 , F2= 280mm^2
Zadana siła P = 3392 N, średnica śruby rzymskiej d= 12 mm

Wykres wyników doświadczalnych naprężeń _xi = f(x_i)

Wykres teoretycznego obliczeniowego i teoretycznego średniego

rozkładu naprężeń _xi = f(x_i)

Siła w śrubie rzymskiej	średnie naprężenie tnące teoretyczne	Średnie naprężenia tnące doświadcz.	Średnie naprężenia tnące obliczeniowe
F=1131	4,42	4,46	5,08
F=2261	8.82	7.78	7,63
F=3392	12.5	14.65	15,26

1. Wnioski i spostrzeżenia :

Tematem ćwiczenia było badanie spoiny pachwinowej poddanej sile rozciągającej. Po pomiarów i obliczeń sporządziliśmy wykres naprężeń stycznych _xi dla trzech różnych naprężeń w śrubie rzymskiej. Okazało się zgodnie zresztą z teoretycznymi założeniami, że wartość naprężeń na krawędziach spoiny jest dużo większą niż w środku, gdzie maleje prawie do zera. Następnie dokonaliśmy obliczeń teoretycznego rozkłady naprężeń ( wg. funkcji hiperbolicznej ). Okazało się więc, że rozkład teoretyczny jest podobny do rozkładu doświadczalnego, zauważamy jednak pewne różnice , chodzi mianowicie o to iż w rozkładzie teoretycznym naprężenia w środku spoiny spadają prawie do zera, natomiast w rozkładzie doświadczalnym tak nie jest.

Dokonaliśmy również porównania naprężeń doświadczalnych z naprężeniami teoretycznymi ( nie uwzględniającymi odkształcenia sprężystego zal.(1)). Okazało się, że naprężenia doświadczalne nie wiele przewyższają naprężenia teoretyczne, a średnia wartość naprężeń doświadczalnych jest porównywalna z naprężeniami teoretycznymi. Stosowanie więc podczas obliczeń teoretycznego wzoru :

do obliczania spoin pachwinowych nie wprowadza w praktyce dużego błędu i można w taki sposób dokonywać obliczeń bez zagłębiania się w odkształcenia sprężysto-plastyczne spoin.

1

---