Статическое испытание материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

деформация опорный балка напряжение

Введение

1. Проведение статических испытаний

1.1 Подготовительные работы

1.2 Размещение приборов

2. Обработка результатов статических испытаний

2.1 Графическая обработка

2.2 Определение прогибов при загружении простой балки

2.3 Определение опорных моментов и жесткости балки по измеренным прогибам и углам поворотов

2.4 Определение главных фибровых деформаций

2.5 Переход от фибровых деформаций к напряжениям

3. Анализ результатов статических испытаний

Заключение

Список литературы

Введение

В данном реферате рассмотрен порядок проведения статических испытаний материалов, имеющих практическое значение для изучения их механических свойств, которые определят их поведение при эксплуатации и обработке. Их проводят для оценки механических свойств в связи с многообразием режимов эксплуатации и обработки, в той или иной мере имитирующие реальные условия. Результаты испытаний используются для решения основной задачи - повышение качества материалов, в частности улучшение их механических свойств.

1. Проведение статических испытаний

1.1 Подготовительные работы

Большие трудоемкость и стоимость статических загружений, наряду с трудностью (а в отдельных случаях и невозможностью) повторения испытаний, требуют тщательной предварительной отработки их программы. Правильность ее выбора в значительной степени предопределяет как эффективность всей предстоящей работы, так и надежность всех данных, получаемых в результате испытания.

Перед началом испытаний должна быть проведена необходимая подготовка: смонтированы нагрузочные приспособления и подготовлена нагрузка; установлены подмости и ограждения; обеспечено, если это вызывается условиями испытаний, дополнительное освещение мест установки приборов; согласованы перерывы в эксплуатации исследуемого объекта и т.д.

Предварительные подсчеты. Уточняется требуемая испытательная нагрузка и определяются соответствующие этой нагрузке значения перемещений, деформаций, напряжений и усилий, возникающих в исследуемых элементах конструкций.

Такие подсчеты являются продолжением перерасчетов, выполняемых по результатам освидетельствования, и производятся с учетом всех выявленных при этом отступлений от проекта, уточненных характеристик материала, обнаруженных ослаблений и т. д. В сооружениях с неявно выраженной расчетной схемой, допускающей выбор нескольких возможных вариантов, предварительные подсчеты должны быть выполнены по всем этим схемам. Сравнение с результатами испытаний позволяет в дальнейшем выбрать из них схему, наиболее близкую к действительной работе сооружения.

Аналогично поступают в отношении модуля упругости и других характеристик материала, если до начала испытания значения их не могут быть надежно определены. Эти подсчеты ведутся в пределах возможных диапазонов с дальнейшим уточнением фактических значений по результатам испытаний.

1.2 Размещение приборов

Перед испытанием составляется схема расположения измерительных приборов с указанием их типа и характеристик. При этом учитываются следующие положения:

1) измерения наиболее ответственных параметров, определяющих работоспособность сооружения, следует для исключения возможности ошибок дублировать, применяя приборы различного принципа действия. Так, например, прогиб ферм, измеренный с помощью прогибомеров, целесообразно измерять также путем нивелирования;

2) к группам однотипных приборов добавляется контрольный прибор, находящийся в тех же условиях, но расположенный на элементе, не участвующем в работе сооружения. Изменение показателей контрольного прибора позволяет учесть влияние внешних факторов на результаты измерений и внести в них соответствующие поправки;

3) в то же время не следует без особой в этом необходимости увеличивать общее число устанавливаемых приборов, т.к. лишние приборы удлиняют время снятия отсчетов и, не принося особой пользы, усложняют проведение испытаний и обработку их результатов;

4) при прочих равных условиях приборы нужно устанавливать там, где измеряемые показатели достигают наибольших значений. Нецелесообразно ставить приборы в зоне "нулевых" отсчетов (например, тензометры вдоль нейтральной оси изгибаемого элемента), поскольку даже небольшие погрешности измерений в данном случае будут сильно искажать получаемые результаты.

Схемы размещения приборов при измерении прогибов, углов поворота и деформаций с целью оценки одноосного, плоского и сложнонапряженного состояния исследуемой расчетной среды показаны соответственно на рис.6.4, 6.5, 6.6.

Измерение фибровых деформаций при оценке сложнонапряженного состояния является наиболее сложной задачей, как в методическом, так и в экспериментальном плане, поскольку измерительные приборы должны быть расположены в толще материала и присутствие их не должно вызывать искажений поля напряжений в исследуемой точке.

Направление деформаций в материале в общем случае неизвестно. Для определения величин главных деформаций (3 параметра) и их ориентации (также 3 параметра) требуется установка в зоне каждой исследуемой точки не менее шести приборов. Целесообразно применять для этой цели (в крупных бетонных массивах) рассмотренные выше струнные тензометры, обеспечивающие в данных условиях получение наиболее надежных результатов.

Во время бетонирования важно сохранить заданную ориентацию устанавливаемых приборов, для чего тензометры крепят к легкому, но прочному каркасу арматурной проволокой. Рядом с каждой группой тензометров помещают контрольные приборы для исключения влияния изменений температуры, усадки бетона и других факторов, вносящих искажения в регистрируемые показания.

Основные работы, выполняемые в процессе испытания

В ходе натурных и лабораторных испытаний строительных объектов или конструкций в обязательном порядке выполняется:

1. предварительное загружение испытываемого объекта;

2. квалифицированная запись показаний приборов;

3. визуальное наблюдение за техническим состоянием испытываемого объекта;

4. строгое соблюдение правил техники безопасности при производстве статических испытаний обследуемого объекта.

2. Обработка результатов статических испытаний

2.1 Графическая обработка

Первым этапом графической обработки является тщательный контроль достоверности полученных экспериментальных данных. Различного рода отклонения в правильности хода приборов (переломы графиков, резкие «выпады» отдельных точек и т. д.) оценивают при этом с точки зрения возможности их появления по условиям работы конструкции и сравнивают с одновременно отмеченными показаниями других приборов, а также записями в журналах испытаний.

В ряде случаев отклонения показаний приборов, совпадающие с моментами образования трещин в нагружаемых конструкциях, сдвигами элементов и т. д., могут быть объяснены влиянием этих факторов, а отсчеты признаны в достаточной степени надежными. Отдельные поправки в графики показаний могут быть внесены на основании измерений контрольными приборами. В качестве примера на рис 6.7 показан ход рабочего 1 и контрольного 2 прогибомеров.

Оба прибора, установленные в непосредственной близости друг от друга, находились в одинаковых условиях в отношении температуры, нагрева солнечными лучами, воздействия прорывов ветра и т. д., но прогибомер 2 не регистрировал перемещений.

Изменения его показаний вносят поэтому как поправки при вычерчивании графика 3, который и принимается в качестве исходного для дальнейшего анализа полученного графического материала.

Кроме отмеченного, на практике в обязательном порядке строят графики «время-нагрузка-деформация», которые повышают эффективность графического анализа полученного экспериментального материала.

2.2 Определение прогибов при загружении простой балки

При установке приборов над опорами и посредине пролета (рис.6.8) прогиб f легко получить из соотношения:

(6.1)

где у₁, у₃ - осадки в опорных сечениях, у₂ - перемещение среднего сечения.

Переход от f к полному значению прогиба f' производится с учетом очертания упругой линии изогнутой балки.

2.3 Определение опорных моментов и жесткости балки по измеренным прогибам и углам поворотов

На рис.6.9а показана балка постоянного сечения с расположенной по ее пролету нагрузкой любого вида, обозначаемой далее индексом "Р". На балку действуют также опорные моменты М_а и М_в, значения которых чаще всего (например, в ригелях рам, в неразрезных балках и т. п.) неизвестны и должны быть определены экспериментальным путем. Будем считать, что уточнению подлежит также фактическое значение изгибной жесткости балки Е1.

Для определения трех неизвестных (М_а, М_в и Е) необходима установка и взятие отсчетов по трем приборам, например измерение прогиб f каком-либо промежуточном сечении балки и определение углов наклона а и в изогнутой оси в опорных сечениях (рис.6.9б).

Считая, ввиду малости деформаций, что tgб ? а и tgЯ ? Я, можем написать (при среднем приборе посредине пролета):

где б_p Я_p f_p - углы наклона и прогиб от заданной нагрузки в простой балке пролетом 1 при отсутствии опорных моментов. Эти величины определяют расчетным путем.

Подставив подсчитанные значения б_p Я_p и f_p полученные по показаниям приборов б, Я и f в уравнения (6.3) и решая эту систему уравнений, находим искомые М_а, М_в и Е1. Кроме рассмотренного, на практике существует метод определения опорных моментов, основанный а выявлении сечения балки, где изгибные деформации, а следовательно, и изгибающие изгибные деформации, а следовательно, и изгибающие моменты равны нулю. Последнее позволяет после построения эпюры моментов от действующей нагрузки (в предположении шарнирного опирания балки), путем графического моделирования или несложных аналитических вычислений определить фактические значения возникающих опорных моментов.

2.4 Определение главных фибровых деформаций

Обработка результатов измерения деформаций облегчается, если установка тензометров или наклейка тензорезисторов производится по направлению главных деформаций. В простейших случаях эти направления заранее известны, а в более сложных могут быть определены, например, путем нанесения хрупкого лакового покрытия на поверхности исследуемых элементов.

Часто, однако, ориентация главных деформаций не может быть заранее установлена и приходится считаться с тем, что установка тензометров или наклейка тензорезисторов проводится по отношению к главным осям под неизвестным углом. Этот угол б, как и значения главных деформаций, должен быть в таком случае уточнен расчетным путем.

Так, для прямоугольной розетки (рис.6.10а) расчетные формулы имеют следующий вид;

Рис. 6.10 К ориентации розеток тензорезисторов относительно главных осей: прямоугольная розетка; б - равноугольная розетка; 1, 2, 3 - тензорезисторы; х,у- главные оси; б - угол между осью х и направлением тензорезистора 1 а для равноугольной розетки (рис.6.10, б) расчетные формулы имеют вид

На практике при большом количестве экспериментальных данных обработка полученных данных ведется с помощью вычислительных машин.

2.5 Переход от фибровых деформаций к напряжениям

В упругой стадии работы материала при одноосном напряженном состоянии (и проведении измерений в направлении действующего усилия) переход от деформации е к определяемому напряжению ? базируется на соотношении ? = Ее.

При двухосном напряженном состоянии материала исходят из обобщенного закона Гука:

В пластической стадии работы деформации и соответствующие им напряжения также взаимосвязаны. При обработке экспериментальных данных используют рассматриваемую в теории пластичности зависимость между е_i («интенсивностью» деформаций) и ?_i («интенсивностью» напряжений) в исследуемой точке материала ?_i и е_i, которые связаны с главными напряжениями (?₁, ?₂, ?₃) и главными деформациями (е₁, е₂, е₃) выражения ми:

При переходе от измеренных деформаций к напряжениям, учитывая фактические размеры исследуемых элементов, можно определить значения внутренних усилий, возникших в конструкции под действием приложенной нагрузки.

3. Анализ результатов статических испытаний

Оценки результатов испытаний выполняются на основании всестороннего их анализа и сопоставления с данными теоретических расчетов, уточненных в соответствии с фактическими размерами, характеристиками материала и состоянием проверяемого объекта.

Наиболее полная оценка может быть дана при рассмотрении результатов испытаний до исчерпания несущей способности. При этом могут быть выявлены следующие основные вопросы:

* каким образом происходит потеря несущей способности: в результате разрушения материала в одном или нескольких основных элементах конструкции; из-за потери устойчивости отдельных элементов или всей конструкции в целом; из-за нарушения работы связей и соединений и т.д.;

* соответствует ли фактическая разрушающая нагрузка теоретической и степень их расхождения;

* соответствуют ли измеряемые во время испытания перемещения и деформации вычисленным теоретически.

На основании анализа характера потери несущей способности могут быть сформулированы рекомендации по усилению выявленных более слабых элементов и узлов в аналогичных конструкциях. Сопоставление фактической и теоретически ожидаемой разрушающей нагрузок дает возможность при превышении разрушающей нагрузки над ее теоретическим значением оценить не учтенные ранее или излишние запасы прочности с вытекающими отсюда практическими выводами. Наступление же разрушения при нагрузке, меньшей теоретической, может свидетельствовать о недоброкачественности примененных материалов при выполнении работ на исследуемом объекте. В обоих случаях расхождение может быть также следствием неправильно выбранной расчетной схемы или методики расчета конструкции.

Окончательные выводы могут быть сделаны на основании анализа и сравнения измеренных перемещений и деформаций с теоретическими, а также рассмотрения условий появления и постепенного развития трещин и других повреждений в объекте испытания во время его загружения.

При испытаниях до разрушения контрольных образцов изделий серийного изготовления (например, стеновых панелей и других аналогичных элементов и конструкций) выводы по результатам испытаний делают с учетом соответствующих нормативных указаний.

Так, например, если разрушение отобранных для испытания панелей происходит при нагрузке, меньшей 100%, но не меньшей 85% контрольной, то требуется повторное загружение такого же количества образцов. Всю проверяемую партию считают выдержавшей испытание, если при этом повторном опробовании ни один образец не разрушился при нагрузке, меньшей 85%. В противном случае партию бракуют. В панелях, признанных годными по их несущей способности, испытанные пробы не должны превышать контрольные более чем на 10%.

Если в панелях не допускаются трещины по условиям их эксплуатации, а при испытаниях они появляются при нагрузке, меньшей контрольной, то партия приему не подлежит.

Наиболее сложной является оценка результатов испытаний сооружений, предназначенных к эксплуатации, поскольку суждение об их фактической несущей способности и прогнозы в отношении предстоящей их работы приходится в ряде случаев делать на основании приложения к ним нагрузки, не превышающей расчетной. Основными показателями, используемыми при этой оценке, являются перемещения и деформации, измеренные при испытании в результате наблюдений за появлением и развитием трещин и повреждений в нагружаемых конструкциях. При анализе этих данных исходят из следующих соображений:

1) экспериментально выявленное напряженно-деформированное состояние проверяемых конструкций должно соответствовать теоретическому. В тех случаях, когда значения предельных перемещений нормированы по условиям эксплуатации, эти требования должны быть соблюдены;

2) при испытаниях объектов, многократно подвергавшихся силовым воздействиям выявление сколько-нибудь значительных остаточных перемещений и деформаций после приложения и снятия такой же испытательной нагрузки является признаком неудовлетворительной работы сооружения. Причины этого должны быть выявлены и на основании их сделаны соответствующие практические выводы;

3) остаточные прогибы железобетонных впервые нагружаемых конструкций не должны превосходить 1/3 прогиба, измеренного при нормативной нагрузке;

4) существенные заключения могут быть сделаны (в том числе и для объяснения появления чрезмерных остаточных прогибов) на основании наблюдений за нарастанием перемещений при выдерживании нагрузки на сооружении и затем постепенным уменьшением их после снятия нагрузки. При нормальной работе сооружения эти изменения должны постепенно затухать; отсутствие явного затухания свидетельствует о неудовлетворительном состоянии сооружения; в случае же ускорения процесса нарастания перемещений во время выдерживания нагрузки сооружение по его состоянию должно быть признано негодным для передачи в эксплуатацию;

5) в предварительно напряженных конструкциях после их загружения и обратного снятия нагрузки не должны уменьшаться усилия в предварительно напряженных элементах.

При наличии многочисленных результатов испытаний однотипных конструкций, проведенных в сопоставимых условиях, выводы по ним получают путем статистической обработки соответствующих экспериментальных данных.

Заключение

Изучение механических свойств металлических материалов необходимо для обеспечения требуемого качества продукции. Вопрос качества продукции стал очень актуальным в настоящее время. Предприятия-изготовители занимаются постоянным изучением требований потребителей, для удовлетворения их потребностей и их предвосхищения. Проведение испытаний, имитирующих условия эксплуатации, с помощью современного оборудования позволяет с необходимой точностью определять механические свойства материалов. Результаты испытаний используются для дальнейшего применения в производстве, других испытаниях.

Список литературы

1. «Методы исследования материалов» Л.И. Тушинский, А.В. Плохов, А.О. Токарев, В.Н. Синдеев. 2004

2. «Материаловедение» Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. М.: Металлургия, 1983.

3. «Механические состояния и прочность материалов». Л., 1980, «Методы неразрушающих испытаний». Павлов П.А. М., 1983

Размещено на Allbest.ru