WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

im. Jarosława Dąbrowskiego

MECHANIKA TECHNICZNA

ĆWICZENIE LABORATORYJNE

Temat: Doświadczalne wyznaczanie stałych materiałowych, tj. modułu Young'a i liczby Poisson'a próbki metalowej

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 próbki podczas próby rozciągania,

2. ogólną zasadą działania maszyny wytrzymałościowej

3. metodyką pomiarów naprężeń przy użyciu tensometrów elektrycznych,

4. wyznaczaniem wartości stałych materiałowych na podstawie otrzymanych wyników pomiarów,

5. oszacować przyczyny i rodzaje popełnianych błędów,

6. wyciągnąć wnioski typu konstrukcyjnego.

2. Schemat układu pomiarowego

Ogólny schemat blokowy stanowiska do wyznaczania wartości stałych materiałowych podczas próby rozciągania przedstawiono na rysunku 2. Składa się ono z uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej (1), której szczegółowy opis konstrukcji oraz zasadę działania zawiera osobna instrukcja. W jej szczękach umieszczona jest badana próbka (2). Obciążenie belki realizowane jest przez zespół hydrauliczny maszyny wytrzymałościowej.

Układ pomiarowy typu elektrycznego przeznaczony jest do pomiarów tensometrycznych. Składa się on z foliowych (papierowych) tensometrów elektrooporowych typu liniowego (3) naklejonych na powierzchni próbki. Pomiar odkształceń dokonywany jest za pośrednictwem elektronicznego wzmacniacza tensometrycznego (mostka tensometrycznego) ESAM Strain Master (4), 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 naklejenia tensometrów typu liniowego na powierzchni badanej próbki:

1 - próbka, 2 - tensometr, 3 - obszar mocowania w szczękach maszyny wytrzymałościowej

Rys.2. Schemat blokowy układu pomiarowego: 1 - uniwersalna maszyna wytrzymałościowa,

2 - badana belka, 3 - tensometr, 4 - mostek tensometryczny

3. Wykonanie ćwiczenia

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

1. badaną próbkę, w postaci płaskownika duralowego, okleić tensometrami elektrooporowymi w jej środkowej części, w sposób pokazany na rys.1,

2. włączyć maszynę wytrzymałościową,

3. zamocować badaną próbkę w szczękach uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej,

4. połączyć tensometry z dowolnymi kanałami pomiarowym (od nr 1 do nr 8) mostka tensometrycznego,

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

6. włączyć mostek tensometryczny i dokonać ustawień początkowych, według poleceń prowadzącego ćwiczenie, dla wybranych kanałów pomiarowych,

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

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

9. ustawić żądany zakres skali siłomierza maszyny wytrzymałościowej, a jego wskazówkę ustawić na zero,

10. włączyć pompę hydrauliczną i ustawić jej niewielki wydatek (10-20%),

11. śledzić przyrost obciążenia na skali siłomierza - powinno ono narastać wolno
    i równomiernie,

12. po uzyskaniu zadanych przyrostów obciążenia, które poda prowadzący ćwiczenie,
    w zależności od wymiarów geometrycznych oraz materiału badanej próbki, dokonać odczytu wartości odkształceń: ε_ i ε_⊥ na wyświetlaczu mostka tensometrycznego; wyniki zapisać w tabeli 1,

13. pomiary prowadzić do wartości obciążenia, które poda prowadzący ćwiczenie.

Sugerowana liczba wykonanych pomiarów dla jednej próbki wynosi minimum 3 razy.

Po wykonaniu pomiarów należy odciążyć badaną próbkę. Dla odciążonej próbki dokonać odczytu wartości odkształcenia, tzw. „niepowrotu”. Następnie wyłączyć pompę hydrauliczną, wyjąć badaną próbkę ze szczęk maszyny wytrzymałościowej i wyłączyć maszynę. Mostek tensometryczny wyłączyć 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
Próbka .......... l = ....... [ mm ] b = ....... [ mm ] h = ....... [ mm ]					Próbka .......... l = ....... [ mm ] b = ....... [ mm ] h = ....... [ mm ]
Pi	εi⊥	εid⊥	εi	εid	Pi	εi⊥	εid⊥	εi	εid
[ N ]	[ μm/m ]		[ μm/m ]		[ N ]	[ μm/m ]		[ μm/m ]

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

Tabela 2

Próbka .......... l = ....... [ mm ] b = ....... [ mm ] h = ....... [ mm ]			Próbka .......... l = ....... [ mm ] b = ....... [ mm ] h = ....... [ mm ]
Pi	E	ν	Pi	E	ν
[ 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. σ_id = f (ε_id) dla tensometru naklejonego równolegle do kierunku działania obciążenia,

2. ν = f (P_i).

Wszystkie 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 stałych materiałowych, tj. modułu Young'a i liczby Poisson'a próbki metalowej

2

3

4

3

2

1

ε_

ε_⊥

1 2 3

---