 |
Опытное определение коэффициента
|
|
|
|
КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ
Цель работы: Определить коэффициент концентрации напряжений при растяжении пластины, ослабленной отверстием.
Концентрацией напряжений называется резкое увеличение напряжений вблизи отверстий, выточек, шпоночных пазов, резких переходов сечений и т.д.
Причины, вызывающие концентрацию напряжений (отверстия, выточки и т.д.), называются концентраторами напряжений.
На рис.17 представлено распределение нормальных напряжений в поперечном сечении пластины, ослабленной отверстием.
Максимальные напряжения возникают на краях отверстия и быстро снижаются по мере удаления от него. Таков же характер распределения напряжений вблизи других концентраторов. Поэтому напряжения в зоне концентраторов называются местными напряжениями.
Количественной характеристикой концентрации напряжений является теоретический коэффициент концентрации 
, равный отношению максимального местного напряжения 
к номинальному напряжению 
(26)
Под номинальным понимается напряжение, которое определяется по формулам сопротивления материалов без учета концентрации напряжений. Так, в случае растяжения
(27)
где 
– наименьшая площадь поперечного сечения (нетто).
Коэффициенты концентрации напряжений определяются либо экспериментально, либо методами теории упругости и приводятся в справочной литературе в виде таблиц или графиков в зависимости от вида концентратора и его размеров.
Рассчитывая на прочность при растяжении деталь с концентратором, инженер отыскивает в справочной литературе значение , вычисляет номинальное напряжение по формуле (27) и затем определяет максимальное напряжение в зоне концентратора
|
|
|
(28)
по которому оценивает прочность детали.
На рис.18 приведен график для определения теоретического коэффициента концентрации напряжений в случае растяжения пластины с круговым отверстием, из которого следует, что с уменьшением диаметра отверстия коэффициент концентрации напряжений увеличивается и приближается к 3 при 
.
Принято считать, что пластичные материалы мало чувствительны к концентрации напряжений при статической нагрузке, так как у них происходит выравнивание напряжений за счет пластических деформаций. При переменных и динамических нагрузках концентрация для пластичных материалов является опасной, так как выравнивание напряжений не успевает произойти.
Хрупкие материалы очень чувствительны к концентрации напряжений при статической, динамической и переменной нагрузках. Особенно чувствительны к концентрации напряжений закаленные высокоуглеродистые и легированные стали и тем больше, чем выше их характеристики прочности.
Для уменьшения концентрации напряжений следует заменять резкие переходы сечений плавными, избегать острых надрезов, глубоких выточек и т.д.
Концентрация напряжений имеет место также при изгибе и кручении.
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Испытания производятся путем растяжения на испытательной машине стальной пластины размерами 
мм с центральным отверстием Ø 32,5 мм
(либо с центральным отверстием Ø 16 мм).
В ослабленном поперечном сечении пластины С рис.17) наклеены тензодатчики 1 и 2 базой 5 мм, продольная ось которых параллельна растягивающей силе. Тензодатчик 1 определяет номинальное напряжение , а тензодатчик 2 – максимальное напряжение .
Проведение испытания
1. Установить пластину в захватах испытательной машины.
2. Подключить тензодатчики к измерителю деформаций.
3. Записать начальные показания тензодатчиков 
.
4. Плавно нагрузить пластину усилием F =20 кН.
|
|
|
5. Записать конечные показания тензодатчиков 
.
6.Разгрузить пластину.
Обработка результатов испытания
1. Вычислить относительные деформации 
и 
по формуле (22).
2. Подставить значения и в формулу закона Гука (20) и вычислить соответственно напряжения 
и 
.
3. Вычислить опытное значение коэффициента концентрации напряжений
по формуле (26).
4. Вычислить расхождение в процентах между опытным значением и теоретическим значением , определенным из графика (рис.18).
РАБОТА № 8
|
|
|
