Politechnika Świętokrzyska W Kielcach	Laboratorium z podstaw konstrukcji maszyn	Imię: Sławek Nazwisko: Ponikowski	Grupa: 302
Nr ćwiczenia II	Temat ćwiczenia: Wyznaczanie rozkładu naprężeń tnących w spoinie pachwinowej.
Data wykonania ćwiczenia 06.11.2009	Data zaliczenia ćwiczenia ......................................	Ocena .................................................	Podpis prowadzącego ..........................

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie rozkładu naprężeń tnących w spoinie pachwinowej. W tym przypadku naprężenia tnące τ we wszystkich przekrojach spoiny są jednakowe i równe

τ = Q*/(a⋅l)

gdzie: a - grubość spoiny;

l - długość spoiny;

Q* - siła obciążająca pas.

Schemat rozmieszczenia tensometrów oraz rozkład sił teoretycznych i naprężeń ścinających w badanym układzie:

2. Dane charakterystyczne stanowiska

Przełożenie dźwigni................................................................................ i = 4,5

Sprawność dźwigni................................................................................ η = 0,98

Typ dynamometru.................................................................................. DH - 2

Zakres pomiarowy dynamometry........................................................... 0 ÷ 9810 N

Typ mostka tensometrycznego............................................................... TT 4c

Baza pomiarowa tensometrów............................................................... l = 10 mm

Stała tensometrów................................................................................. K = 2,52

Oporność tensometrów.......................................................................... R = 299,5 Ω

Odległość środków tensometrów od początku złącza..............................

x₁ = 0 mm; x₂ = 18 mm; x₃ = 36mm; x₄ = 54 mm; x₅ = 72 mm; x₆ = 90 mm

Dane charakterystyczne próbki:

Długość złącza....................................................................................... l = 98 mm

Grubość obliczeniowa spoiny..................................................................... a = 2,5 mm

Pole przekroju pasów zewnętrznych........................................................... F = 178 mm²

Pole przekroju pasa wewnętrznego............................................................. F₁ = 207 mm²

Materiał pasów........................................................................................... S 235

Granica plastyczności pasów....................................................................... Re = 235 Mpa

Moduł sprężystości materiału pasów........................................................... E = 2,15 · 10⁵ MPa

Podziałka szwu........................................................................................... t = 80 mm

3. Wyniki obliczeń

Obliczenie rozkładu naprężeń tnących w spoinie pachwinowej.

1. Wyznaczenie maksymalnej siły obciążającej.

Maksymalną siłę należy wyznaczyć osobno dla pasów i dla spoiny.

1. Maksymalną siłę dla każdego z pasów obliczamy z warunku:

σ_max < [σ] = Re

Więc, Q_max/F_p < Re

gdzie Q_max - maksymalna siła obciążająca pas;

F_p - przekrój pasa .

- dla pasa wewnętrznego F_p = 207 mm²

Q_max < Re* F_p Q_max< 48645 [N]

- dla pasa zewnętrznego F_p = 178 mm²

Q_max < Re* F_p Q_max< 41830 [N]

2. w przypadku spoiny maksymalną dopuszczalną siłę wyznaczamy z warunku na ścinanie

τ_max < [τ]

gdzie τ_max = Q¹_max/F_s ;

F_s = a⋅l - przekrój spoiny;

[τ] - jest dopuszczalnym naprężeniem przy ścinaniu, [τ] = [σ]/√3 = Re/√3 (lub Re/2)

Wiec dopuszczalne obciążenie na spoinie wyznaczamy ze wzoru:

Q¹_max/F_s== Re/√3

lub Q¹_max/F_s== Re/2

Ponieważ w połączeniu są cztery spoiny, to sumaryczna siła, którą mogą przenosić spoiny w złączu będzie równa Q^*_max= 4⋅Q¹_max.

Maksymalna dopuszczalna siła dla złącza spawanego P^** jest mniejsza wartość z maksymalnie dopuszczalnych wartości sił dla pasów i dla spoin:

P^**=min{P^*_max; P_max }

F_s = 2,5x98 = 245 mm²

Q¹_max== Re/2 x F_s = 28787,5 [N]

τ_max = 28787,5 [N] / 245 mm² = 117, 5 [MPa]

Q^*_max= 4⋅Q¹_max Q^*_max= 4⋅28787,5 [N] = 115150 [N]

P^**= 41830 [N]

4. Wyniki obliczeń:

Nr tens.	1	2	3	4		5	6
Pomiar	Wydłużenie wskazane:
1	0,65	0,350	0,25	0,25		0,16	0,05
2	0,625	0,360	0,25	0,25		0,16	0,045
3	0,625	0,360	0,25	0,25		0,16	0,045
Średni:	0,6300	0,356	0,25	0,250		0,160	0,0460
Nr tens.	1	2	3	4		5	6
Pomiar
Średni:	0,6300	0,356	0,25	0,250		0,160	0,046
(,		Wydłużenie rzeczywiste:
	0,500	0,283	0,198	0,198		0,127	0,037
Q=9,81*400*4,5*0,98[N]			Q=17304,84	[N]
			Naprężenia:	[MPa]
σ	107,500	60,746	42,659	42,659		27,302	7,849
		Odległości tensometrów:[mm]
xi	x1	x2	x3	x4		x5	x6
	0	18	36	54		72	90
	Naprężenia tnące w spoinach dla pasa wewnętrznego: F1=207 mm^2
							
	dośw	672,088294	260,00496		2,78	220,7589286	279,628
							
	teoret	70,632	70,632		70,632	70,632	70,632
			WARTOŚCI TEORETYCZNE
Sila teoretyczna Q*x = Q*(l-x)/l
Q	17304,84	14126,4	10947,96	7769,52		4591,08	1412,64
	Naprężenia teoretyczne dla pasa zewnętrznego
σ	83,598261	68,2434783	52,888696	37,53391304		22,17913043	6,824348
	Wydłużenie teoretyczne
	0,3888291	0,31741153	0,2459939	0,17457634		0,103158746	0,031741

5. Wnioski :

W rozważaniach teoretycznych zakłada się, ze pasy wykonane są z materiału doskonale sztywnego. Pomijamy również działanie sił tarcia na powierzchni styku pomiędzy pasami. Przy powyższych założeniach siła działająca w pasie (zewnętrznym lub wewnętrznym) na odcinku równoległym spoinie będzie liniowo zmniejszała się od wartości Q do 0. W rozważaniach doświadczalnych naprężenia rozciągające maja podobny charakter, jednak krzywa doświadczalna jest opisana równaniem wyższego rzędu. Warto zauważyć, że krzywa teoretyczna naprężeń rozciągających jest jakby linią trendu krzywej doświadczalnej.

Znacznie większe różnice występują w przypadku naprężeń tnących dla spoiny. Krzywa wyznaczona doświadczalnie ma znacznie różny charakter od krzywej teoretycznej. Teoretycznie rozkład naprężeń stycznych w spoinie jest liniowy, stały, na wykresie taki właśnie otrzymano. W rzeczywistości, na skutek odkształceń sprężystych w pasach, działania sił tarcia oraz naprężeń pozostałych powstałych przy wykonaniu spoiny, charakter rozkładu naprężeń w złączu jest nieco odmienny od teoretycznego. Wykres nr 2 obrazuje różnice w rozkładzie naprężeń stycznych. Krzywa doświadczalna osiąga minimum w połowie długości spoiny. Wartość w tym punkcie jest bliska 0. Teoretycznie wykres 2 przedstawia rozkład naprężeń tnących wzdłuż spoiny gdy przekroje poprzeczne są różne. W naszym doświadczeniu przekroje pasów są różne co właściwie interpretuje przedstawiony wykres.

5

---