Методика виконання роботи

ВСТУП

Дані лабораторні роботи є складовою частиною дисципліни “Конструкції з деревини та пластмас”. Виконання робіт припускає:

- ознайомлення з методикою і специфікою проведення досліджень будівельних конструкцій, випробування зразків, моделей і елементів будівельних конструкцій;

- одержання практичних навичок у використанні лабораторного устаткування і приладів;

- навчання студентів з метою одержання навичок обробки експериментальних даних;

- закріплення знань пройденого лекційного курсу.

-4-

1. СТЕНД ДЛЯ ПРОВЕДЕННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ ПРИ ПРОВЕДЕННІ РОБІТ

На кафедрі металевих і дерев'яних конструкцій академії розроблений стенд, що дозволяє проводити випробування на вигин, зминання й сколювання зразків і елементів будівельних конструкцій з деревини та пластмас. Найбільша довжина зразка 2 м, максимальне навантаження F=15 кн.

На мал.1.1 показана конструктивна схема стенда, на мал. 1.2-1.7 вузли, розрізи, перетини. Стенд складається із силової рами 1 з верхнім 2 та нижнім 3 ригелями, що приєднані до стояків 4. В ригелі 2 рами 1 закріплене навантажувальне пристосування 5, що складається з гвинтового домкрата – болта 6 з гайкою 7 - і пристрою 8. Силовимірювач 9 виконаний у вигляді прямокутної замкнутої рамки 10 з індикатором годинникового типу 11. Рамка 10 містить отвори 12 для проходу вертикальних направляючих штанг 13. Закріплення штанг 13 виконано шарнірно на нижньому 3 і верхньому 2 ригелях силової рами 1 за допомогою деталей 14. Силовимірювач 9 містить у верхній і нижній частинах кульові опори 15. Зразок для випробування 16 встановлюється між силовимірювачем 9 і нижнім ригелем 3. Кожна зі штанг 13 у нижній частині має амортизатор 17 у вигляді пружини з фіксатором. Мимовільному виходу штанги 13 з нижнього шарнірного вузла перешкоджає болт 18. У нижній частині рами 1 на ригелі 3 встановлений запобіжний лист 19 з отвором для проходу струни при вимірі вертикальних переміщень зразка 16.

При підготовці стенда до роботи, наприклад при випробуванні на вигин, на ригель 3 встановлюють зразок 16, а між ригелем 2 і зразком 16 – силвимірювач 9. Силовимірювач 9 закріплюють штангами 13 шляхом введення їх в отвори деталей 14 верхнього ригеля 2, отвори 12 силовимірювача 9 і отвори деталей 14 нижнього ригеля 3. На штанги 13 між силовимірювачем 9 і нижнім ригелем 3 встановлюють амортизатори 17, а нижче деталі 14 – болти 18.

Розглянемо роботу стенда при випробуванні зразка 16 на вигин. При обертанні гвинта домкрата 8 навантаження через болт 6 і кульову опору 15 передається на силвимірювач 9, а потім через кульові опори 15 на зразок 16. Силовимірювач 9 під час навантаження зразка 16 переміщується по вертикалі уздовж направляючих штанг 13. Штанга 13 закріплюється силовимірювачем 9 і зразком 16 проти зсуву в горизонтальній площині й обертається щодо вертикальної осі стенда. При руйнуванні зразка 16 силовимірювач 9, переміщаючись уздовж штанг 13, зависає на амортизаторах 17. Фіксатор амортизатора 17 встановлюють на висоті, необхідній для переміщення силовимірювача 9 при навантаженні зразка аж до руйнування. Лист 19 перешкоджає падінню зразка 16 при його руйнуванні, забезпечуючи схоронність приладів, розташованих нижче випробовуваного зразка.

Кожна лабораторна робота складається з наступних етапів:

- пояснення викладачем методики проведення роботи й обмірювання зразків;

-5-

- проведення розрахунків для визначення теоретичних величин розрахункового та руйнуючого навантажень, деформацій і т. і.;

- випробування зразків у стенді;

- обробка результатів випробувань з урахуванням впливу на характер руйнування пороків, розкиду властивостей матеріалу та інше.

Навчальну групу викладач розбиває на бригади, звіт по роботі складається побригадно чи індивідуально в залежності від виконаної роботі. Оформлена робота підлягає захисту.

Перед виконанням кожної роботи студенти зобов'язані вивчити відповідні методичні розділи курсу, вказівки до роботи і заходи щодо техніки безпеки при проведенні робіт.

Випробування проводяться статичним навантаженням до руйнування. Перед установкою зразків на стенд, проводять візуальний огляд, вимірюють поперечний переріз, нахил волокон, перевіряють правильність розміщення цвяхів і т.п. Обміряють і замальовують пороки деревини, особливо в передбачуваній зоні виникнення максимальних напруг. Виміри виконують не менш трьох разів з точністю до 1 мм і результати усереднюють.

Після випробування місце руйнування ретельно оглядають і замальовують. Властивості міцності деревини погоджують з числом річних шарів в одному см., процентним вмістом пізньої деревини, наявністю грибкових захворювань, з нахилом волокон і т. і. Вологість деревини встановлюють электровологоміром, зробивши 5-6 вимірів у передбачуваній зоні руйнування, результати розрахунків усереднюють. Під час випробувань вимірюють температуру повітря в приміщенні, якомога ближче до випробовуваного зразка. Вимірюють відносну вологість повітря.

-6-

Мал. 1.1

-7-

2. ЗАГАЛЬНІ ВКАЗІВКИ ПО ПРОВЕДЕННЮ ЛАБОРАТОРНИХ

РОБІТ

2.1. Робота №1. Випробуваннянестандартних зразків деревини на поперечний вигин

2.1.1 Прилади, інструменти, матеріали

1. Заготовки з деревини довжиною не менш ніж 22h для “довгого” та 7h для “короткого” зразків, де h – висота зразка.

Порода – ялина, сосна або ялиця вологістю W=12-20%.

2. Металева лінійка чи рулетка з ціною розподілу 1 мм.

3. Штангенциркуль з погрішністю виміру не більш 0,1 мм за ДСТУ 166.

4. Апаратура для виміру вологості за ДСТУ 16588.

5. Прогиномір із ціною розподілу 0,01 мм.

6. Струна для прогиноміру.

7. Молоток та цвях діаметром 1,0¸1,5 мм довжиною 30¸40 мм для закріплення струни до зразка.

Методика виконання роботи

Перелік робіт та методика їх виконання викладені в журналі додатка 1.

Суть методу по визначенню умовної межі міцності при статичному вигині полягає у встановленні руйнівного навантаження та обчисленні умовних напружень.

При визначенні модулів пружності E і G виконуємо випробування “довгого” та “короткого” зразків. Знаходимо прогини зразків у пружній області роботи матеріалу при дотриманні лінійної залежності між навантаженнями й деформаціями. Модулі пружності обчислюємо за формулою Мора, вирішуючи в загальному випадку систему двох рівнянь:

f=f_m+f_Q=

Довгий зразок повинен мати розмір у поздовжньому напрямку не менш ніж (21¸21)h, та відстань між опорами не менш ніж 18h. За висоту зразка h приймають розмір поперечного перерізу в напрямку дії навантаження. “Короткий” зразок вирізують з незруйнованої частини “довгого” зразка після його випробування, або виготовляють його із заготовки довжиною 30h, довжина її дозволяє вирізувати відразу “довгий” і “короткий” зразки. При цьому розмір у подовжньому напрямку “короткого” зразка повинен бути (7(8)h, відстань між опорами 5-6h.

Відстань між центрами опор вимірюють з погрішністю не більш ніж 1мм, висоту й ширину зразка вимірюють штангенциркулем посередині його довжини не менш трьох разів і результати вимірів округляють до третьої значущої цифри.

Опорні ділянки варто підібрати такої площі, щоб вона не руйнувалися від

-8-

зминання деревини поперек волокон. Перед навантаженням необхідно провести візуальний огляд зразків і за величиною нахилу волокон та розміром сучків установити сорт деревини.

Для зразків прямокутного перерізу момент опору обчислюють по формулі П_ружне При навантаженні посередині прольоту руйнівне навантаження F_тимч.= ,

Момент внутрішньої пари M_вн= s_зг ^.W

Тимчасовий умовний опір для деревини сосни та ялини приймають 50 Мпа. Інтервал навантаження (етап) повинен бути в 10 разів менший ніж максимальне значення руйнівного навантаження, F_етапу=0,1^.F_тимч. Тривалість одного етапу навантаження повинна складати наближено 20¸30 сек.

Площа опорної площини для зразка повинна бути не менш ніж А_зм=F_тимч. /(2 ^. σ_зм ), де σ_зм=3 Мпа (сосна, ялина).

Для виконання роботи викладач розбиває навчальну групу на бригади по 4-6 чоловік. Пропонуються такі обов'язки членів бригади:

1. Бригадир. Контроль за дотриманням тимчасового режиму випробувань. Узагальнення результатів випробувань, складання висновків. Здача приладів та стенда у справному стані.

2. Вимір геометричних розмірів зразків, обчислення моменту інерції, моменту опору та площі.

3. Обчислення модулів пружності E і G.

4. Виконання навантаження, обчислення руйнівного навантаження, напружень σ і t.

5. Зняття показання за прогиноміром, опис характеру руйнування та його замальовка.

6. Ведення таблиці випробувань, обчислення збільшення прогинів на етапах, обчислення середнього збільшення прогину в пружній стадії роботи матеріалу (повинен працювати найбільш виконавчий, допитливий і сумлінний студент).

При віднесенні матеріалу випробуваних зразків до 1-3 сорту можна керуватися даними тимчасових випробувань зразків сосни – ялини натурних розмірів, отриманих при імовірності 0,99 (коефіцієнт k=2,33), коефіцієнт варіації C_n=0,17 . Такі дані одержані шляхом обчислення за формулою:

σ_і,тимч=σ_{тимч.сер.}(1 ± k·C_n);

Для деревини:

1 сорт σ_і,тимч.= 36 ± 14,2 Мпа;

2 сорт σ_і,тимч.= 33 ± 13,1 Мпа;

3 сорт σ_{і, тимч.} = 22 ± 8,7 Мпа.

Результати роботи заносяться в журнал Додатка №1.

-9-

Контрольні запитання

1.Чому називають умовними руйнуючі напруги при вигині .

2.Перелічити ознаки сорту випробуваної породи деревини.

3.Дати визначення тривалого опору σ_трив.

4.Побудувати епюри “σ” і “t” граничного стану.

5.Як вибрати етапи навантаження і граничну величину навантаження.

6.Привести формули для обчислення модулів E і G.

7.Зробити висновок про вплив “t” на збільшення прогину для короткого зразка (за результатами випробувань).

8.Пояснити вплив пороків на несучу здатність.

9.Який характер руйнування чистих зразків та зразків із пороками.

10.Розповісти про існуючі методики випробувань зразків.

-10-

2.2. Робота №2. Випробування нестандартних зразків деревини на зминання поперек волокон

2.2.1. Матеріали, інструменти

1. Заготовки з деревини шириною b₁ рівної b₁=30-50 мм і довжиною , що дорівнює , і . Товщина заготовок повинна бути не меншою, ніж 20-30 мм. Порода – сосна, ялина, ялиця, осика, модрина вологістю w = 12-18%.

2. Штамп із квадратної металевої пластинки розміром у плані b₁*b₁ товщиною 10-12 мм. У центрі пластинки розташоване поглиблення під кульку.

3. Металева лінійка довжиною 300 мм із ціною розподілу 1мм.

Висота зразка винна бути не менша п'яти річних шарів.

Рекомендується вибирати зразки з розташуванням річних шарів у радіальному та тангентальному напрямках.