WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW

ZAKRES TEMATYCZNY ĆWICZEŃ

  1. Stanowisko ESTR2 do BADANIA MOMENTÓW ZGINAJĄCYCH W BELCE. W tym eksperymencie mierzony jest moment zginający w punkcie obciążenia. W ten sposób potwierdzana jest zależność momentu zginającego od obciążenia w różnych przypadkach działania sił skupionych. Obciążenia są przykładane w eksperymentach z wykorzystaniem wieszaków, w których zamieszcza się różne masy. Cyfrowy wyświetlacz siły (Force Display) elektronicznie mierzy i wyświetla siły podczas eksperymentów. Cały  sprzęt jest podłączony do komputera za pomocą jednostki do automatycznego pozyskiwania danych i oprogramowania (STR2000). Ramię belki jest z czujnikiem siły ciężkości,  mierząc w ten sposób siłę momentu zginającego. Cyfrowy wyświetlacz pokazuje geometrię belki i pozycje zawieszenia. Belka pozostaje idealnie pozioma i bez obciążenia.  Wszystkie sworznie obracają się na uszczelnionych łożyskach kulkowych, lewy wspornik umożliwia ruch obrotowy i poziomy, natomiast prawy wspornik umożliwia tylko obrót.
  2. ESTR 3 to stanowisko do BADANIA SIŁ ŚCINAJĄCYCH W BELCE. Składa się z dwóch eksperymentów: eksperyment 1 – zmiana siły ścinającej wraz ze wzrostem obciążenia oraz eksperyment 2 – zmiana siły ścinającej dla różnych warunków obciążenia. Przebieg eksperymentu polega na pomiarze i rejestrowaniu na czujniku siły ścinającej po podczepieniu do belki obciążenia. Na podporze widnieje diagram, ukazujący równowagę belki i wieszaków. Siła ścinająca jest odczytywana na cyfrowym wyświetlaczu. Wsporniki znajdują się w różnych odległościach, a pomiędzy nimi jest rowek ustalający wieszaki.
  3. ESTR 4 to stanowisko do BADANIA UGIĘCIA BELEK I WSPORNIKÓW. Składa się z eksperymentów:
  • eksperyment 1 – pomiar ugięcia belek wykonanych z różnych materiałów, przytwierdzonych jednostronnie,
  • eksperyment 2 – pomiar ugięcia belek wykonanych z różnego materiału, podpartych obustronnie,
  • eksperyment 3 – rozpiętość belki po naniesieniu na nią ciężaru, eksperyment 4 – ugięcie belki obustronnie obciążonej.
  1. Przeprowadzone ćwiczenie stanowi wprowadzenie do badania naprężeń w belkach: aluminiowej, mosiężnej i stalowej. Są one poddawane różnym obciążeniom zewnętrznym przy 3 sposobach mocowania, a także identyfikowane są naprężenia na zginanie.
  2. ESTR 5 to stanowisko do BADANIA NAPRĘŻEŃ ZGINAJĄCYCH W BELCE. Doświadczenie polega na badaniu aluminiowej belki w kształcie litery T, z zastosowaniem tensometrów. Reagują one na rozciąganie i ściskanie mierząc obciążenie belki. Cyfrowy wskaźnik naprężeń przekształca zmianę rezystancji elektrycznej czujników tensometrycznych, aby pokazać ją jako przemieszczenie (odkształcenie). Pokazuje wszystkie naprężenia wykrywane przez tensometry. Wykresy generowane są z zastosowaniem oprogramowania Structures.
  3. ESTR 6 to stanowisko do badania SKRĘCEŃ ELEMENTÓW O PRZEKROJU KOŁOWYM. Badania dotyczą analizy wytrzymałości pręta na skręcanie, oceny wpływu długości pręta na wytrzymałość na skręcanie oraz porównanie wytrzymałości na skręcanie pręta o pełnym oraz w kształcie rurki przekroju. Podatność na skręcanie mierzona jest kątem skręcenia prętów poddanych działaniu momentem skręcającym.
  4. ESTR 7 to stanowisko do badania ugięć i podatności na ścinanie asymetrycznych przekrojów. Stanowisko składa się z górnej płyty i uchwytu dolnej płyty z dwoma cyfrowymi wskaźnikami. W uchwytach mocuje się trzy próbki o kształcie „ U ” „ L ”i prostokątnej. Górną płytę mocuje się do górnego elementu ramy testowej, a dolną płytę na dolnym elemencie. Próbki mocowane są w uchwycie płytki górnej, która przesuwa się w krokach co 22,5 ° (co daje 16 pozycji). Dolna płyta ma dwa wskaźniki cyfrowe, które można ustawić pod kątem 90 ° względem siebie w niesymetrycznym eksperymencie zginania lub równolegle do siebie w eksperymencie ze środkiem ścinania. Dolny uchwyt mocuje się do „wolnego” końca próbki i styka się z dwoma wskaźnikami. Taki układ umożliwia pomiar końcowego ugięcia próbki w dwóch kierunkach. Siła jest przykładana do kołka na dolnym uchwycie. W eksperymencie z centrum ścinania wskaźniki obracają się, a mocowanie belki ścinanej mocuje się do dolnego uchwytu. Dobrym sposobem na odczytanie odchyleń wspornika dla różnych kątów jest zbudowanie Koła Mohra.
  5. ESTR 8 to stanowisko do badania połączeń przegubowych konstrukcji ramowych.
  6. Stanowisko składa się z elementów połączonych w formie kratownicy. Każdy z elementów konstrukcji posiada czujnik tensometryczny. Elementy łączone są pod katem 30, 45 i 60 stopni. Pomiary z czujników są rejestrowane co pozwala ocenić odkształcenia konstrukcji. Konstrukcja obciążana jest siłami skupionymi o różnych kierunkach działania. Mierzone są odkształcenia konstrukcji i wynikające stąd naprężenia, które określają jej wytrzymałość na obciążenia zewnętrzne. Ćwiczenie stanowi dobry przykład analizy konstrukcji kratowych wykorzystywanych w konstrukcjach budowlanych np. dachowych.
  7. ESTR 9 to stanowisko do badania łuku trójprzegubowego obciążanego siłami działającymi punktowo i w sposób ciągły. W tym eksperymencie stosuje się punktowe obciążenia działające w poprzek łuku w różnych pozycjach i ocenia się, jak one wpływają na wartości reakcji poziomej. Łuk trójprzegubowy składa się z dwóch podpór i dwóch symetrycznych połówek mostu połączonych sworzniem w szczycie mostu. Lewa połowa jest trwale przymocowana do podpory (sworzeń umożliwiający tylko ruch obrotowy). Prawa strona może się obracać i przesuwać w kierunku elektronicznego czujnika obciążenia. Tensometr reaguje i tym samym mierzy poziomą reakcję wytwarzaną przez łuk. Eksperyment powtarza się dla obciążenia ciągłego działającego na łuk.
  8. ESTR 10 to stanowisko do badania łuku dwuprzegubowego obciążanego siłami działającymi punktowo i w sposób ciągły. Dwuprzegubowy łuk składa się z dwóch podpór (lub sprężyn) i łuku ze stopu aluminium. Lewa końcówka łuku jest na stałe przypięta do jego podpory (sworzeń pozwala tylko na ruch obrotowy). Prawa strona obraca się i przesuwa do czujnika tensometrycznego. Tensometr reaguje i mierzy reakcję poziomą wytwarzaną przez łuk. Analizowane są reakcje łuku przy obciążeniu punktowym oraz przy równomiernym rozłożeniu obciążenie na dwuprzegubowym łuku.

EFEKTY DYDAKTYCZNE

Wykonanie wyżej wymienionych ćwiczeń umożliwia praktyczne poznanie zasad analizy obciążeń i naprężeń różnych konstrukcji w zależności od obciążeń zewnętrznych.

 

MECHANIKA TECHNICZNA (Klasyczna)

ZAKRES TEMATYCZNY ĆWICZEŃ

  1. ES 2 – ZESTAW DO WYZNACZANIA ŚRODKÓW CIĘŻKOŚCI. Ćwiczenia polegają na: wyznaczaniu środka ciężkości, wyznaczaniu trójkątnego rozkładu równowagi sił, równoległoboku sił oraz wieloboku równowagi pięciu sił. Dla różnych figur traktowanych jako płaskie konstrukcje geometryczne, wyznaczane są środki geometryczne, stanowiące środki ciężkości tych figur. Ćwiczenia te są wstępem do wyznaczania momentów bezwładności elementów konstrukcyjnych, ważnych parametrów w obliczeniach wytrzymałościowych. Dla różnych obciążeń płaskich konstrukcji sprawdzane są równowagi sił i są wyznaczane ich wartości metodą równoległoboku i wieloboku sił.
  2. ES3 – ZESTAW DO WYZNACZANIA MOMENTÓW SIŁ. Dla różnych układów działania sił z zastosowaniem krążników analizowane są momenty sił i sprawdzane warunki równowagi statycznej.
  3. ES4 – ZESTAW DO BADANIA UGIĘCIA BELEK obejmuje przeprowadzanie pomiarów ugięcia belek wykonanych z różnych materiałów, wyznaczanie współczynnika Modułu Younga, analizowano wytrzymałości belek przy różnych przekrojach, wyznaczanie współczynnika K (wytrzymałości belki na zginanie w różnych pozycjach) oraz pomiary ugięcia stalowej belki jednostronnie utwierdzonej.
  4. ES5 – ZESTAW DO BADANIA SKRĘCANIA ELEMENTÓW O PRZEKROJU KOŁOWYM sprowadza się do obliczanie momentu obrotowego i teoretycznego kąta skręcenia , określania odporności na skręcanie i wyznaczanie modułów Kirchoffa prętów oraz analizy wpływu długości pręta na kąt skręcania. Eksperymenty przeprowadzane są dla prętów wykonanych ze stali, mosiądzu i aluminium.
  5. ES6 – ZESTAW DO PRZEPROWADZANIA PRÓB ROZCIĄGANIA. Stanowisko jest wykorzystywane do wyznaczanie wytrzymałości na rozciąganie elementów wykonanych ze stali, z aluminium, z duraluminium oraz z PVC. Na podstawie przeprowadzonych badań można wyznaczyć krzywe rozciągania i moduły Younga.
  6. ES7 – ZESTAW DO BADANIA RUCHU HARMONICZNEGO PROSTEGO. Stanowisko to umożliwia badanie układu masowo-sprężynowego, wyznaczanie przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła matematycznego, badanie wahadła prętowego zawieszonego na przegubie ruchomym, badanie wahadła rewersyjnego, wyznaczanie okresu wahnięć za pomocą wahadła bifilarnego oraz badanie wahadła trifilarnego.
  7. ES8 – ZESTAW DO BADANIA SIŁY TARCIA NA RÓWNI POCHYŁEJ. Analiza sił w układzie bryły znajdującej się na równi pochyłej umożliwia wyznaczanie współczynnika tarcia, charakteryzującego warunki równowagi.
  8. ES9 – ZESTAW DO BADANIA ENERGII POTENCJALNEJ I KINETYCZNEJ. Na stanowisku przeprowadzane są badania energii w sprężynie, w wahadle i w kole zamachowym. Obciążając sprężynę analizowane są jej odkształcenia w zakresie prawa Hooka. W wahadle zmieniając jego długość i wprowadzając go w ruch, analizowane są wartości energii kinetycznej i potencjalnej. Podobnie w kole zamachowym analizowane są wartości energii potencjalnej i kinetycznej w zależności od obciążenia i jego wysokości położenia od podłoża.
  9. ES10 – ZESTAW DO BADANIA WIELOKRĄŻKÓW w 8-miu eksperymentach. Koła wielokrążków funkcjonujące w różnych konfiguracjach (np. jedno ruchome koło, jeden stały i jeden ruchomy bloczek, dwa stałe i jedno ruchome koło, różnicowe koła pasowego Westona) są obciążane są różnymi masami i wyznaczane są teoretyczne i rzeczywiste wartości sprawności i wydajności zestawu wielokrążków przy różnych wartościach obciążeń.

EFEKTY DYDAKTYCZNE

Wyżej wymienione ćwiczenia stanowią ilustrację zjawiska fizycznych, które występują w układach mechanicznych i poznanie ich stanowi dobre wprowadzenie do analizy wytrzymałości różnych elementów układów mechanicznych.