Ćw nr 9 –Doświadczalna analiza odkształceń zbiornika cienkościennego

1.Cel i zakres

Celem ćwiczenia była analiza odkształceń zbiornika cienkościennego (w naszym wypadku sprężarki Black&Decker), do przeprowadzenia doświadczenia wykorzystany został tensometr oporowy. Zmiana rezystancji pod wpływem odkształcenia została zarejestrowana za pomocą tensometrycznego systemu pomiarowego firmy alitec.

2. Metoda pomiarowa

Na laboratoriach zbiornik cienkościenny wypełniony powietrzem (gazem) został obklejony tensometrem oporowym oraz mostkiem pomiarowym. Wraz z odkształceniem obiektu (zbiornika) drut tensometru wykonanego z konstantanu (k=2,15) ulega także odpowiedniemu wydłużeniu.

Mostek tensometryczny został złożony na zasadzie mostka Wheatstone’a. Mostek ten składa się z czterech gałęzi.. Tensometr kompensacyjny kompensuje wpływy czynników ubocznych, a szczególnie temperatury i wilgoci.

W doświadczeniu została wykorzystana rozeta tensometryczna prostokątna, składająca się z trzech tensometrów,

Do przeprowadzenia obliczeń niezbędne są wzory:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

Zbiornik traktujemy jako cienkościenny, jeżeli ich promienie główne krzywizn są co najmniej pięć razy większe od ich grubości.

3. Tabela z danymi

	ΔU1[mV] obciążenie	ΔU2[mV] odciążenie
kanał 1	0,028	0,008
kanał 2	0,013	0,022
kanał 3	0,004	0,016

Napięcie na zasilaczu wynosi 5V. Wartości spadku napięcia na zaciskach pokazane są powyżej. Ułożenie tensometrów wzdłuż osi lub po obwodzie zbiornika daje różnorodne współczynniki odkształcenia. Pomiary zostały wykonane przy ciśnieniu 1 bar. Przy znajomości stałych materiałowych w celu wyznaczenia współrzędnych tensora naprężenia należy znać odkształcenia liniowe i odkształcenie kątowe .

obciążenie [bar]	E [GPa]	v
8	200	0,3

Tab. 1 Stałe materiałowe dla stali kwasoodpornej X6CrNi5i

ε	σ [MPa]	γ	[kPa]	tg2α0	α0
εmax=14,31x10^-6	σmax=3,21	6,68x10^-6	513,83	2,20	33^o
εmin=0,98x10^-6	σmin=1,16

Tab. 2 Tabela wyników

4. Obliczenia

Wyliczanie współczynnika odkształcenia dla trzech tensometrów w dwóch przypadkach. Dla konstantanu współczynnik tensometryczny wynosi k=2,15.

Zwiększenie

ciśnienia gazu

(1) (1)

(1) (1)

(1) (1)

5. WNIOSKI

Badając odkształcenie tensometrów wykonanych z konstantanu (materiał odporny na zmiany temperatury) mamy doświadczalny dowód, że zbiornik wykonany ze stali kwasoodpornej pod wpływem naprężeń wewnętrznych zwiększył swoją objętość. Maksymalne naprężenie główne wyniosło 3,21MPa, przy ciśnieniu 1bar (10⁵Pa). Zbiornik po spuszczeniu powietrza nie wrócił od razu do stanu początkowego, ponieważ materiał potrzebuje czasu, aby włókna wewnętrzne ustabilizowały się (relaksacja).

6. Literatura

Michał E. Niezgodziński, Tadeusz Niezgodziński „zadania z wytrzymałości materiałów”

Katedra wytrzymałości materiałów IMB PK „Tensometria elektrooporowa”