Aps sprawozdanie materialoznastwo

UNIWERSYTET PRZYRODNICZY w Lublinie

Wydział Nauk o Żywności i Biotechnologii

technologia żywności i żywienie człowieka

„APARATURA PRZEMYSŁU SPOŻYWCZEGO”

Praca projektowa

MATERIAŁOZNASTWO I WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW

Studia stacjonarne

Studia niestacjonarne

Imię i nazwisko wykonawcy

1. Ewelina Stasik

2. Ewelina Nieścior

Numer kolejny ćwiczenia: Data realizacji ćwiczenia:
03 05.03.2012
Data i ocena pracy:

A WSTĘP

Wytrzymałość materiału.

Klasyfikacja obciążeń

W zależności od sposobu przyłożenia sił zewnętrznych rozróżniamy następujące proste przypadki obciążeń:

Δl=l1-l

l- długość pierwotna przed rozciąganiem (ściskaniem)

l1- długość końcowa przy rozciąganiu (ściskaniu)

ε=$\frac{\text{Δl}}{l}$=$\frac{l_{1} - l}{l}$

Δh= h1-h

h- grubość początkowa

h1-grubość końcowa

ε1=$\frac{h}{h}$=$\frac{h_{1} - h}{h}$ przy rozciąganiu: ε>0 ε1<0

przy ściskaniu: ε<0 ε1>0

ν$= \frac{\varepsilon_{1}}{\varepsilon}$

ε1-zwężenie jednostkowe

ε- wydłużenie jednostkowe

Liczba Pissona (ν) nie zależy od kształtu i wymiarów elementu rozciąganego lub ściskanego, zależy jedynie od rodzaju materiału. Dla wszystkich materiałów przyjmuje wartość 0÷0, 5. Jest liczbą bezwymiarową.

σ$= \frac{F}{S}$

Naprężenie normalne przy rozciąganiu (ściskaniu) jest równe stosunkowi siły rozciągającej (ściskającej) do pola przekroju prostopadłego do osi obciążenia. N=F1

Wydłużenie Δl jest wprost proporcjonalne do siły działającej F oraz do długości elementu l, odwrotnie zaś proporcjonalne do pola przekroju tego elementu.

Δl=$\frac{F \times l}{E \times S}$ $\frac{F}{S}$=E$\times \frac{l}{l}\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }$σ=E×ε

A-granica proporcjonalności – stosowalność prawa Hooke’a;

B- granica sprężystości;

C- granica plastyczności;

K- granica wytrzymałości materiału;

L- zerwanie próbki;

R e- wyraźna granica plastyczności- naprężenie, po osiągnięciu którego występuje wyraźny wzrost wydłużenia materiału;

Rm - wytrzymałość na rozciąganie- naprężenie odpowiadające maksymalnej sile obciążającej podczas testu;

Rysunek 3 Wykres rozciągania stali niskowęglowej

[Niezgodziński 2010]

Ru- naprężenie rozrywające- naprężenie występujące w przekroju poprzecznym w miejscu przewężenia próbki bezpośrednio przed jej zerwaniem;

Czyste ścinanie- stan naprężenia w takich przekrojach, w których występują tylko naprężenia styczne. [Siuta 1977]

Prawo Hooke’a dla czystego ścinania- naprężenie styczne jest proporcjonalne do odkształcenia postaciowego. [Siuta 1977]


τ = G × γ

G- współczynnik proporcjonalności- moduł sprężystości postaciowej; jego wartość zależy od rodzaju materiału [MN/m2]

γ- kąt o który zmieniają się kąty pierwotne proste przy czystym ścinaniu ( odkształcenia postaciowe)


$$\tau = \frac{T}{A} \leq k_{1}$$

T- siła poprzeczna (tnąca)

  1. Pole przekroju

k1-naprężenie dopuszczalne na ścinanie


$$\tau_{\max} = \frac{M_{S}}{W_{s}} = \frac{N}{m^{2}}$$

MS-moment skręcający [N×m]

WS- wskaźnik przekroju na skręcanie w m3


$${\text{\ \ }\tau}_{\max} = \frac{M_{s}}{W_{s}} \leq k_{s}$$

ks-naprężenie dopuszczalne na skręcanie

$\varphi = \frac{M_{s} \times l}{G \times J_{0}}\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ φ} -$kąt skręcania w radinanach

G × J0-sztywność przy skręcaniu

W=$\frac{J}{e}$ [cm3]

J- moment bezwładności przekroju belki względem osi obojętnej w cm4

e-odległość włókien skrajnych od tej osi w cm


$$\sigma = \frac{M}{W} \leq k_{g}$$

M- moment zginający

W-wskaźnik wytrzymałości [cm3]

Zmęczenie materiału-obniżanie się wytrzymałości danego elementu przy naprężeniach zmiennych.[Niezgodziński 2010]

Wytrzymałość zmęczeniowa (Z)- jest to takie naprężenie σmax dla danego cyklu naprężeń, przy którym element nie dozna zniszczenia po osiągnięciu umownej granicznej liczby cykli Ng. [Siuta 2010]

Krzywa Wöhlera przedstawia zależność między amplitudą naprężenia σa a liczbą N cykli zmian obciążenia, po którym próbka ulega zniszczeniu zmęczeniowemu. [Siuta 1977]

Wytrzymałość zmęczeniowa zależy od rodzaju materiału oraz od wielu innych czynników:

$\sigma_{\max\text{rzecz}} \leq k_{z} = \frac{Z}{x_{z}}\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ x}$z-całkowity współczynnik bezpieczeństwa.

PODSUMOWANIE

Wytrzymałość materiałów jest nauką, która uwzględniając zdolność ciał stałych do odkształceń zajmuje się przede wszystkim badaniem i ustaleniem zależności odkształceń od sił zewnętrznych działających na dane ciało. Dzięki obserwacji odkształceń można ustalić rodzaje i wielkość sił wewnętrznych w różnych punktach ciała, w których siły te osiągneły największe wartości, obliczyć wartość tych sił, co z kolei staje się podstawą do wydania sądu o pewności pracy danego elementu, o jego wytrzymałości.

B PROBLEM I JEGO ANALIZA

  1. Na podstawie danych zawartych w zadaniu pierwszym i na schemacie rysunkowym, oblicz dziewięć kolejnych etapów zadania projektowego.

  2. Wykorzystując CAD narysuj i podpisz po trzy dowolne symbole graficzne (schematy kinematyczne) z grupy łożyskowań i po trzy dowolne symbole z grupy przekładni mechanicznej. Wydruk załącz do sprawozdania, plik dostarcz na adres poczty elektronicznej:

monika.skwarek@up.lublin.pl

C DANE DO OBLICZEŃ

Zadanie pierwsze

W zakładzie przemysłu spożywczego za pomocą urządzenia transportującego przenoszono zbiornik z cieczą o łącznej masie 1400 kg. W urządzeniu zamontowana jest belka utwierdzona o długości 3 metrów.

Nazwa wielkości Symbol Wartość liczbowa Jednostka miary
Długość belki LB 3 m
Wymiar przekroju poprzecznego belki h 2b m
Wymiar przekroju poprzecznego belki b - m
Długość liny LC 4,5 m
Długość liny po działaniu obciążenia LC1 - m
Granica plastyczności Re 140 MPa
Współczynnik bezpieczeństwa n 2 -
Siła F - -
Masa m 1400 kg
Przyśpieszenie ziemskie g 9,81 m/s2
Średnica sworznia ds - m
Naprężenie dopuszczalne przy ścinaniu kt - -
Naprężenie obliczeniowe przy ścinaniu τt
Pole przekroju elementu ściennego S - m2
Średnica cięgna dc - m
Naprężenie dopuszczalne przy rozciąganiu kr - -
Naprężenie obliczeniowe przy rozciąganiu σr - -
Pole powierzchni linki ciągu Sc - m2
Naprężenie dopuszczalne przy zginaniu kg - -
Naprężenie obliczeniowe przy zginaniu σg - -
Moment granicy M - N*m
Wskaźnik wytrzymałościowy przekroju, dla przekroju prostokąta W - m3
Moduł Younga (moduł sprężystości wzdłużnej materiału) E 209000 MPa
Wydłużenie cięgna m ∆ LC - m
Strzałka ugięcia belki f - -
J - m2
Wydłużenie jednostkowe cięgna Ɛ - -
∆dc - m
Zwężenie jednostkowe cięgna Ɛ1 - -
Liczba Poissona ʋ - -

OBLICZ

1. Siłę (F)

F= m*g

Dane: Szukane:

m = 1400 kg

m- masa[kg]

g=9,81 m/s2

g- przyśpieszenie ziemskie[m/s2]

F=?

F -siła [N]; [1N]= kg*m/s2

2. Średnicę sworznia (ds)

( z warunku wytrzymałościowego przy ścinaniu)

ds=$\sqrt[\mathbf{2}]{\frac{\mathbf{2}\mathbf{F}}{\mathbf{\pi}\mathbf{k}_{\mathbf{t}}}}$

Dane: Szukane:

F=13734N

F- siła ścinająca, styczna do przekroju ścinanego

kt=$\frac{\text{Re}}{n}$

kt- naprężenie dopuszczalne przy ścinaniu

τt=$\frac{F}{2S}$ kt

τt- naprężenie obliczeniowe przy ścinaniu

S=$\frac{\pi d^{2}}{4}$[m2]

S-pole przekroju elementu ścinanego

ds=?

ds- średnica sworznia [m]

3. Średnicę cięgna dc

(z warunku wytrzymałościowego przy rozciąganiu)

σr≤kr

kr≥$\frac{\mathbf{F}}{\mathbf{S}_{\mathbf{c}}}$

Dane : Szukane:

kr=$\frac{\text{Re}}{n}$

kr-naprężenie dopuszczalne przy rozciąganiu

σr- naprężenie obliczeniowe przy rozciąganiu

Sc=$\frac{\pi d^{2}}{4}$[m2]

Sc-pole powierzchni linki ciągu

dc=?

dc-średnica cięgna[m]

4. Wydłużenie cięgna ∆ LC

Z prawa Hooke’a dla rozciągania

∆ Lc=$\frac{F*L_{c}}{E*S}$

Dane: Szukane:

F=13734N

F- siła

LC=4,5m

LC- długość liny

E= 209000 MPa

E- moduł Younga (moduł sprężystości wzdłużnej materiału)

S=$\frac{\pi d^{2}}{4}$[m2]

S- pole powierzchni

∆ LC=?

∆ LC- wydłużenie cięgna m

5. Wymiary przekroju poprzecznego belki

( z warunku na zginanie)

σg=$\frac{\mathbf{M}}{\mathbf{W}}$≤kg

M=F*LB

W= $\frac{\mathbf{b}\mathbf{*}\mathbf{h}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{6}}$

Dane: Szukane:

kg=70000000N

kg- naprężenie dopuszczalne przy zginaniu

σg- naprężęnie obliczeniowe przy zginaniu

M-moment granicy

W-wskaźnik wytrzymałościowy przekroju, dla przekroju prostokąta

h= 2b

F=13734N

F- siła[N]

LB=3m

LB- długość belki[m]

b=?

h=?

b i h- wymiary przekroju poprzecznego belki(z warunku na zginanie)

6. Strzałkę ugięcia belki f

f = $\frac{\mathbf{F}\mathbf{*}\mathbf{L}_{\mathbf{B}}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{3}\mathbf{*}\mathbf{E}\mathbf{*}\mathbf{J}}$

J=$\frac{\mathbf{b*}\mathbf{h}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{12}}$

Dane: Szukane:

E=209000MPa=2,0911Pa

E- moduł Younga (moduł sprężystości wzdłużnej materiału)

J=$\frac{b*h^{3}}{12}$

J-[m2]

LB=3m

LB- długość belki

F=13734N

F- siła

f = ?

f- strzałka ugięcia belki

7. Wydłużenie jednostkowe cięgna Ɛ

Ɛ= $\frac{\mathbf{}\mathbf{\ }\mathbf{L}\mathbf{c}}{\mathbf{\text{Lc}}}$=$\frac{\mathbf{L}_{\mathbf{c}\mathbf{1}\mathbf{-}\mathbf{L}_{\mathbf{c}}}}{\mathbf{L}_{\mathbf{c}}}$

Dane: Szukane:

∆LC=0,001507184m

∆LC- wydłużenie cięgna[m]

LC=4,5 m

LC- długość liny[m]

LC1-długość liny po działaniu obciążenia[m]

Ɛ= ?

Ɛ -Wydłużenie jednostkowe cięgna

8. Zwężenie jednostkowe cięgna => odkształcenie

(objętość liny jest zawsze taka sama!)

∆dc=dc1-dc

Ɛ1=$\frac{\mathbf{}\mathbf{d}\mathbf{c}}{\mathbf{d}_{\mathbf{c}}}$=$\frac{{\mathbf{d}_{\mathbf{c}\mathbf{1}}\mathbf{-}}_{\mathbf{d}_{\mathbf{c}}}}{\mathbf{d}_{\mathbf{c}}}$

LC *dc1=LC1*dc2

Dane: Szukane:

LC=4,5m

LC-długość liny

Lc1=4,501507181m

dc-średnica cięgna[m]

∆dc-[m]

Ɛ1=?

Ɛ1-Zwężęnie jednostkowe cięgna

9. Liczbę Poissona

ʋ =$\frac{\mathbf{E}_{\mathbf{1}}}{\mathbf{E}}$

Dane: Szukane:

Ɛ1=0,000334864

Ɛ1-zwężenie jednostkowe

Ɛ=0,000334929

Ɛ- wydłużenie jednostkowe

ʋ=?

ʋ- liczba Poissona

D.ROZWIĄZANIE PROBLEMU

OBLICZENIA

Etap 1. Schemat

Schemat został załączony do sprawozdania na oddzielnej kartce

Etap2. Siła

Wzory podstawowe

F= m*g

Przekształcenia, podstawienie i obliczenie

F= 1400 kg* 9,81 m/s2= 13734N

Wynik

13734N

Etap 3.Średnica sworznia

Wzory podstawowe

kt=$\frac{\text{Re}}{n}$

ds=$\sqrt[2]{\frac{2F}{\pi k_{t}}}$

F= m*g

S=$\frac{\pi d^{2}}{4}$

Przekształcenia, podstawienie i obliczenie

Re=140 MPa=140*106=140000000Pa

n=2

kt=$\frac{140000000}{2}$=70000000

F= 1400 kg* 9,81 m/s2= 13734N

ds=$\sqrt[2]{\frac{2F}{\pi k_{t}}}$ $= \sqrt{\frac{2*13724}{3,14*70000000}}$

ds=$\sqrt{\frac{27468}{219800000}}$

ds=$\sqrt{0,000124968}$

ds=0,011178908m

Wynik

0.011178908m

Etap 4.Średnica cięgna

Wzory podstawowe

kr=$\frac{\text{Re}}{n}$

σr = kr≥$\frac{F}{S_{c}}$

F= m*g

Sc=$\frac{\pi d^{2}}{4}$

Przekształcenia, podstawienie i obliczenie

Re=140 MPa=140*106=140000000Pa

n=2

kr=$\frac{\text{Re}}{n} = \frac{140000000}{2}$=70000000

σr = kr≥$\frac{F}{S_{c}}$

F= 1400 kg* 9,81 m/s2= 13734N

70000000=$\frac{13734}{\frac{3,14*d^{2}}{4}}$

70000000=$\frac{13734}{0,785d^{2}}$

54950000 d2=13734//: 54950000

d2 =0,000249936

dc=$\sqrt{0,000249936}$

dc=0,015809364m

Wynik

0,015809364m

Etap 5.Wydłużęnie cięgna

Wzory podstawowe

Lc=$\frac{F*L_{c}}{E*S}$

S=$\frac{\pi d^{2}}{4}$

F= m*g

Przekształcenia, podstawienie i obliczenie

LC=4,5m

E=209000 MPa= 209000*106=2,0911Pa

S=$\frac{3.14*{(0.015809364)}^{2}}{4}$=$\frac{0.000784799}{4}$=0,000196199m2

F= 1400 kg* 9,81 m/s2= 13734N

∆ Lc= $\frac{F*L_{c}}{E*S} = \frac{13734*4,5}{\ 2,09*0.000196199}$=$\frac{61803}{41005591}$=0,001507184m

Wynik

0,001507184m

Etap 6.Wymiary przekroju poprzecznego belki ( z warunku na zginanie)

Wzory podstawowe

σg=$\frac{M}{W}$≤kg

M=F*LB

W= $\frac{b*h^{2}}{6}$

h=2b

F=m*g

kg=$\frac{\text{Re}}{n}$

Przekształcenia, podstawienie i obliczenie

σg=$\frac{M}{W}$≤ kg =>W=$\frac{M}{k_{g}}$

kg≥kr=>kg=$\frac{\text{Re}}{n} =$70000000Pa

M= F* LB=13734* 3=41202N*m

W=$\frac{M}{k_{g}}$=$\frac{41202}{70000000}$=0,0005886m3

h=2b

F= 1400 kg* 9,81 m/s2= 13734N

W=$\frac{b*h^{2}}{6}$=$\frac{b*({2b)}^{2}}{6}$=$\frac{{4b}^{3}}{6}$

$\frac{{4b}^{3}}{6}$=0.0005886

6*0,0005886=4b3

4b3=0,0035316//:4

b3=0,0008829

b=$\sqrt[3]{0,0008829}$=0,095933547m

h = 2b=2*0,095933547=0,191867094m

Wynik

h=0,191867094m b=0,095933547m

Etap 7.Strzałka ugięcia belki

Wzory podstawowe

f = $\frac{F*L_{B}^{3}}{3*E*J}$

J=$\frac{b*h^{3}}{12}$

F=m*g

Przekształcenia, podstawienie i obliczenie

F= 1400 kg* 9,81 m/s2= 13734N

LB=3m

LB3=27m

3E=3*2,0911=6.2711

J=$\frac{b*{(2b)}^{3}}{12}$=$\frac{{8b}^{4}}{12}$

J=$\frac{8*({0,095933547)}^{4}}{12}$=$\frac{8*0,000084699}{12}$=$\frac{0,000677592}{12}$=0,000056466

E=209000 MPa= 209000*106=2,0911Pa

f=$\frac{13734*27}{3*{2,09}^{11}*0,000056466}$=$\frac{370818}{35404182}$=0,010473847

Wynik

0,010473847

Etap 8. Wydłużenie jednostkowe cięgna

Wzory podstawowe

Ɛ= $\frac{\text{\ L}c}{\text{Lc}}$=$\frac{L_{c1 - L_{c}}}{L_{c}}$

Lc=$\frac{F*L_{c}}{E*S}$

F=m*g

S=$\frac{\pi d^{2}}{4}$

Przekształcenia, podstawienie i obliczenie

Ɛ= $\frac{\text{\ L}c}{\text{Lc}}$=$\frac{L_{c1 - L_{c}}}{L_{c}}$

∆ Lc=0,001507184m

LC=4,5m

Ɛ=$\frac{0,001507184}{4,5}\ $= 0,000334929

0,000334929=$\frac{L_{C1 - 4,5}}{4,5}$

(LC1-4,5= 0,000334929 *4,5

LC1 -4,5=0,00150718

LC1=0,00150718 + 4,5

LC1=4,501507181m)

Wynik

0,000334929

Etap 9.Zwężenie jednostkowe cięgna=> odkształcenie

Wzory podstawowe

∆dc=dc1-dc

LC * dc1= LC1 * dc2

Ɛ1=$\frac{dc}{d_{c}}$

Przekształcenia, podstawienie i obliczenie

LC=4,5m

dc1=0,015809364m

LC1=4,501507181m

dc2=?

4,5*0,015809364 =4,501507181* dc2

0,071142138=4,501507181dc2//:4,501507181

dc2= 0,01580407m

dc=0,015809364- 0,01580407=0,000005294m

Ɛ1=$\frac{dc}{d_{c}} =$ $\frac{0,000005294}{0,015809364}$=0,000334864

Wynik

0,000334864

Etap 10. Liczba Poissona

Wzory podstawowe

ʋ =$\frac{E_{1}}{E}$

Przekształcenia, podstawienie i obliczenie

Ɛ= 0,000334929

Ɛ1=0,000334864

ʋ=$\frac{0,000334864}{0,000334929}$=0,999805929

Wynik

0,999805929

E PODSUMOWANIE

Siła działająca na belkę wynosi 13734 niutonów. Średnica sworznia wynosi 0.0011178908 m. Średnica cięgna wynosi 0.015809364m. Wydłużenie cięgna wynosi 0.001507184m.Wymiary przekroju poprzecznego wynoszą: h=0.191867094m a b=0.095933547m. Strzałka ugięcia belki (f) wynosi 0.010473847. Wydłużenie jednostkowe cięgna wynosi 0.000334929. Zwężenie jednostkowe cięgna wynosi 0.000005294m. Liczba Poissona wynosi 0.999805929.

Pod wpływem siły działającej na belkę obserwujemy następujące odkształcenie:

F SPIS LITERATURY

1. „Mały Poradnik Mechanika”. Tom I. WNT: Warszawa, 1996. ISBN 83-204-2063-6.

2 .Niezgodziński M.E., Niezgodziński T. „Wytrzymałość materiałów”, Warszawa 2010, Wydawnictwo Naukowe PWN, ISBN: 978-83-01-15966-5.

3.Siuta W. „Mechanika techniczna”, Kraków 1977, WSiP. ISBN 83-02-05829-7.

G RYSUNEK TECHNICZNY


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
dupa, Prywatne, Uczelnia, Budownictwo, II Semestr, Materiały Budowlane, materiały budowlane, sprawoz
POLITECHNIKA LUBELSKA, Politechnika Lubelska, Studia, semestr 5, Sem V, Sprawozdania, MATERIAŁOZNAS
sprawozdanie OBRÓBKA CIEPLNA, Studia AGH IMIR, Rok I, rok 1, Materiałoznawstwo sprawozdania, materia
sprawozdanie OBRÓBKA CIEPLNA, Studia AGH IMIR, Rok I, rok 1, Materiałoznawstwo sprawozdania, materia
Sprawozdania materialoznastwo Zgniot i rekrystalizacja
Sprawozdanie z materiałów budowlanych ?ramika v5
Sprawozdanie z materiałów budowlanych, Prywatne, Uczelnia, Budownictwo, II Semestr, Materiały Budowl
Sprawozdania materialoznastwo Materiały1
sprawozdania materialy, sprawozd. materialy 2, Artur Górecki
Sprawozdania materialoznastwo, preparatyka1, I
Sprawozdania materialoznastwo, struktura po obr. pow, Temat
Sprawozdania materialoznastwo, spraw stopy kolorowe, Magdalena Najgeburska
Sprawozdania materialoznastwo, cieplno -chem, 1
Sprawozdania materialoznastwo, CZWARTY, 1
Sprawozdanie z materiałoznastwa
sprawozdanie materiały 2, AGH, Podstawy Materialoznawstwa
Sprawozdanie - materiałki własności mechaniczne, Elektrotechnika, dc pobierane, pnom wimir, PNOM, Ma
Tloczenie sprawozdanie materialoznastwo poprawione

więcej podobnych podstron