Konstruktionsprojektbericht für Engineering Mechanics
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Bewertung 5.00 (2 Stimmen)

Einführung

Das Verständnis von Materialien in der Mechanik ist entscheidend für die Anwendung der Materialien in der Mechanik. Diese Tatsache hat zur Untersuchung einer Fachwerkbrücke geführt, um festzustellen, warum sie unter einer Last dauerhaft abgelenkt wird, die höher ist als die zulässige Spezifikation (Ashby). Der Test beinhaltet im Wesentlichen die Ermittlung der Fehlerursachen für eine Fachwerkbrücke. Der Test umfasst im Wesentlichen das Laden der Fachwerkbrücke und das Sammeln von Daten, die für die Erstellung des Young-Moduls, der Fließspannung und der Zugfestigkeit relevant sind. Diese Tests werden einzeln durchgeführt, um die Genauigkeit der erhaltenen Daten zu erhöhen. Dieses Dokument enthält die erhaltenen Rohdaten, den Fehlerbericht und die Diskussion über Materialprüfungen.

Die Versuche zielen darauf ab, den Zusammenhang zwischen Belastung und Durchbiegung der verschiedenen Träger der Fachwerkbrücke kennenzulernen. Ziel ist es auch, die Theorie des Young-Moduls der Materialien, aus denen die Strahlen bestehen, zu untersuchen. Die Experimente, die durchgeführt werden, sind die Biegeprüfanlage, die Auslenkung eines Auslegers und die Auslenkung eines einfach unterstützten Trägers. Der Biegeversuch beinhaltet das Laden von Massen auf eine Welle, die zwischen den Klemmen einer Bohranlage gelagert ist, und das Messen der Last-Durchbiegungs-Beziehungen. Die Ablenkung eines Cantilever-Experiments beinhaltet die Ablenkung eines freitragenden Balkens für Stahl und Aluminium. Die Ablenkung eines einfach unterstützten Balkenexperiments erfordert schließlich die Untersuchung der Ablenkung eines einfach unterstützten Balkens für Stahl und Aluminium.

Executive Summary

Die Tests versuchen, den Ausfall der Fachwerkbrücke anhand von Konstruktionsprinzipien zu erklären. Die Brücke erfuhr eine dauerhafte Durchbiegung unter einer Last, die höher als die zulässige Spezifikation ist. Die Testmethoden umfassten die Prüfung der Spannung von metallischen Werkstoffen. Der Test wurde bei Raumtemperatur durchgeführt, wobei die Metalle zu Balken geschmiedet wurden. Der Test bezog sich hauptsächlich auf die Bestimmung des Young-Moduls, der Streckspannung und der Zugfestigkeit der Balken, die die Fachwerkbrücke bilden. Die Mitglieder des Fachwerks wurden aus geglühtem Edelstahl 405 (Elastizitätsmodul = 200 GPa, Streckgrenze = 170 MPa, Endzugfestigkeit = 415 MPa) hergestellt. Die Länge der Traverse wurde als ungefähr 80 Meter und die Höhe als ungefähr 6 Meter ermittelt. Jeder Fachwerkraum ist gleich groß (International). Die unteren Akkordelemente bestehen aus quadratischen 40x40-Profilen, und alle anderen Traversen sind quadratische 80x80-Profile.

Die Ausnahmen zu diesen Tests wurden für die einzelnen Mitglieder gemacht, bei denen unbedingt darauf geschlossen werden musste, dass die Mitglieder mit ihren zulässigen Belastungs- und Dehnungszonen arbeiten würden. Die Mitglieder wurden auch als nicht elastisch angenommen, sodass sie bei Überschreiten ihrer elastischen Grenzen einen Bruch erleiden können. Die Raumtemperatur wurde als 10 bis 38 ° C angesehen. Die Werte wurden alle in SI-Einheiten umgerechnet.

Die Labore hatten hauptsächlich das Ziel, die beiden Brückenmitglieder zu testen. die Zug- und Druckglieder. Die zwei verschiedenen Träger (Cantilever und der einfach getragene Träger) wurden unter verschiedenen Belastungen getestet, um die Lastumlenkung zu erhalten, wodurch festgestellt wird, dass die Brücke unter Last dauerhaft auslenkt und die zulässigen Spezifikationen übersteigt. Die Ergebnisse der Testberechnung des Elastizitätsmoduls sind genau. Dieser Test erwies sich als nützlich bei der Bestimmung des Young-Moduls des Balkenmaterials und bietet daher im Vergleich zum Zugversuch überlegene Ergebnisse. Die Belastung sowohl bei den (90x90) Zuggliedern als auch bei der (80x80) -Kompression ist höher als die durch die Materialeigenschaften zulässige. Eine höhere Kompression, die höher als die Streckgrenze ist, verursachte eine Verformung des Durchmessers, wodurch die Querschnittsfläche des Elements verzerrt wurde, während die Spannung den Durchmesser des Elements verringerte.

Die Berechnungen für den Elastizitätsmodul von Young zur Bestimmung der Streckgrenze des Materials konnten feststellen, dass die Brücke Massen ausgesetzt werden würde, die in der Mitte der Brücke eingeführt wurden. Die Feststellung war, dass die Streckgrenze beim Einführen der Druckkraft leicht überschritten würde. Materialprüfung Diskussion

Um das Verhalten der Werkstoffe des Fachwerks der Fachwerkbrücke zu testen, führen wir einen Druck- und Zugversuch durch (Peixoto, Sousa und Restivo). Die zu testenden Hauptelemente waren der Young-Modul, die Streckspannung und die Zugfestigkeit potenzieller Materialien, die zum Bau einer neuen Brücke verwendet werden sollen. Das Biegeversuch war wirksam, um genaue Werte für die Berechnung des Youngschen Moduls zu erhalten. Das einfach unterstützt war etwas unerwünscht.

Elastizitätsmodul

Nachfolgend sind die Abmessungen der im Experimentiermaterial verwendeten Strahlen angegeben

AWB Design Projektbericht für Engineering Mechanics

Die Strahlen wurden in Übereinstimmung mit der Euler-Bernoulli-Strahlentheorie abgelenkt. Die Prinzipien würden für beide Versuchsaufstellungen berücksichtigt. Der freitragende Balken hatte die maximale Ablenkung am freien Ende des Balkens und im einfach gehaltenen Balken tritt er in der Mitte des Balkens auf. Zur Berechnung der maximalen Auslenkung des Cantilevers und des einfach unterstützten Balkens können die untenstehenden Gleichungen verwendet werden.

AWB Design Projektbericht für Engineering Mechanics

L ist die Länge des Balkens (mm)

E ist Young-Modul (GPa oder N / mm2)

P ist die Last (Newton)

I ist das 2nd-Trägheitsmoment (mm4)

Die folgende Abbildung zeigt die Ablenkung der beiden Experimente.

Der Young-Modul repräsentiert die Steigung der Linie in einer Spannungs-Dehnungs-Kurve. Um den Young-Modul aus den Tests zu bestimmen, zeichnen wir die Beziehung zwischen der Last und der resultierenden Durchbiegung auf und ermitteln so die Steigung der Grafik. Behandelt man die Kurve mit einer linearen Beziehung y = bx + c, so erhalten wir die folgenden Gleichungen.

Aus dem Experiment berechnen wir zunächst das zweite Trägheitsmoment, um die Durchbiegung zu erhalten

Aus den obigen Messwerten können wir das zweite Trägheitsmoment berechnen

Um die maximalen Durchbiegungen zu erhalten

Die erhaltene Durchbiegung kann verwendet werden, um den Elastizitätsmodul des Strahlmaterials zu bestimmen.

Immobilien Ihr Wert Einheit
Elastizitätsmodul 46.025 GPa
0.2% Beweislast 283.07 MPa
Ultimative Zugspannung 348.54 MPa
Technische Beanspruchung am Einschnürungspunkt 22.26 %
Duktilität 33.4599 %

Um die Balken zu entwerfen, plotten wir die jeweiligen Verlängerungen der Balken gegen die Lasten.

MS Blackform

SS 304
von Al 5005 bis
von Al 5052 bis
SS 304

Streckspannung und Zugspannung

Mit dem Zugversuch werden die mechanischen Eigenschaften der Balken gemessen. Sie bezieht sich auf die Auswirkungen einer Zugbelastung auf die Dehnung (Längenänderung) der Brückenträger. Um das Material der Balken vollständig zu analysieren, überwachen wir deren Verhalten unter Zug und Druck (G, Totten und MacKenzi). Die Annahme für Zug und Druck wirkte für den Wert der Materialkonstante. Die entwickelte Spannungs- und Verformungsformel wird auf Zug und Druck auf die Brückenglieder ausgeübt, wodurch die Belastung der Balken bestimmt wird. Die Druckfestigkeit der Materialien unterscheidet sich von ihrer Zugfestigkeit. Aus den Spannungs-Dehnungs-Diagrammen ist der Elastizitätsmodul für Zug und Druck derselbe. Aufgrund der Ergebnisse war die Druckfestigkeit von Aluminium jedoch doppelt so hoch wie die von Stahl. Der Kompressionstest wurde ohne Entlastung durchgeführt, daher war das Verhalten der Balken in der Kompression und der Spannung nahezu gleich.

Der Elastizitätsmodul, die Fließspannung und die Endspannung werden gleich.

Aus der Dehnung und Belastung der ursprünglichen Länge der Strahllänge der Probe ergibt sich die aus dem Fachwerk erhaltene Streckung und die Dehnung des Strahls (die Längenänderung des Strahls) dividiert durch die ursprüngliche Länge des Strahls. Da sowohl Dehnung als auch Spannung Längeneinheiten haben, hat die Dehnung dimensionslose Einheiten und wird hauptsächlich in Metern und Millimetern ausgedrückt. Die Dehnung kann üblicherweise als technische Dehnung als prozentuale Dehnung oder prozentuale Dehnung (M) ausgedrückt werden.

Konstruktionsdehnung = Konstruktionsdehnung x 100%

Das Diagramm des Spannungs-Dehnungs-Diagramms führt zu einer Kurve, die normalerweise linear ist und der Beziehung folgt. Diese lineare Beziehung basiert auf dem Hookeschen Gesetz und hat eine Streckgrenze, die die elastische Verformung darstellt. Durch die Entfernung der Last im Bereich des Balkens erhält das Element seine ursprüngliche Form ohne bleibende Verformung wieder. Der Gradient der Kurve ist der Elastizitätsmodul oder der Young-Modul, der einer Federkonstante ähnelt. Materialien unterscheiden sich im Young-Modul aufgrund des Unterschieds in den Bindungen. Der Young-Modul eines Materials wird nicht durch die Mikrostruktur beeinflusst, sondern ausschließlich durch die Bindungsstärke, die die Atome in der Struktur hält. Wenn die Belastung zunimmt, wird das Spannungsniveau bis über die Elastizitätsgrenze hinaus erhöht, wenn die Spannung die Streckgrenze überschreitet und eine dauerhafte Verformung der Balken stattfindet. Die bleibende Verformung wird als plastische Verformung aufgrund des Verhaltens in der Struktur bezeichnet. Es ist schwierig, den genauen Punkt zu bestimmen, an dem der Wechsel von elastischem zu plastischem Verhalten stattfindet. Zur Schätzung dieses Punktes wird normalerweise die 0.2-Methode für den Offset verwendet. Eine parallele Linie zur elastischen Kurve wird durch die Dehnung gezogen, und der Schnittpunkt mit der Dehnungskurve definiert die Fließspannung. Die Zugfestigkeit ist die maximale Spannung im Spannungs-Dehnungsdiagramm. Die Balken erfahren letztendlich nach übermäßiger Belastung eine ausgedehnte plastische Verformung und werden dann vor dem endgültigen Versagen einer lokalisierten Verformung unterzogen, die als Halsbildung bezeichnet wird. Die Region ist infolge von Deformationsinstabilität und nach ihrer Bildung entstanden, daher ist jegliche Deformation auf diese Region beschränkt. An diesem Punkt steigt die tatsächliche Spannung, die erforderlich ist, um die Balken bis zum Bruch zu ziehen, ständig an. Da jedoch die Spannung unter Verwendung des ursprünglichen Querschnitts der Balken nach dem Einschnüren berechnet wird, nimmt der Wert der Konstruktionsspannung ab. Die Duktilität des Balkens ist entweder durch die Dehnung bis zum Versagen oder durch die prozentuale Längenänderung gekennzeichnet. Wenn vor dem Bruch eine signifikante Einschnürung auftritt, ist die prozentuale Änderung der Abmessung der Balken ein klares Maß für die Duktilität der Balken.

Schlussfolgerungen

Die Versuche zielen darauf ab, die Duktilität der in der Fachwerkbrücke zu verwendenden Balken festzustellen. Die Beziehung zwischen Belastung und Durchbiegung der Träger, aus denen die Fachwerkbrücke besteht. Das Experiment konnte die Theorie des Elastizitätsmoduls der Materialien, aus denen die Strahlen bestehen, testen. Die bisher durchgeführten Experimente betrafen die Biegeprüfanlage, die Ablenkung eines Auslegers und die Ablenkung eines einfach unterstützten Trägers. Der Biegeversuch beinhaltete das Laden von Massen auf einen Balken, der zwischen den Klemmen eines Bohrgeräts gestützt wurde, und das Messen der Last-Durchbiegungs-Beziehungen. Die Ablenkung eines Cantilever-Experiments beinhaltete die Ablenkung eines freitragenden Balkens für Stahl und Aluminium. Die Ablenkung eines einfach unterstützten Trägerexperiments führte schließlich dazu, die Ablenkung eines einfach unterstützten Trägers für Stahl und Aluminium zu untersuchen

Der Young-Modul ist ein Maß für die Verformung eines Trägermaterials als Reaktion auf eine aufgebrachte Kraft, die eine Belastung der Balken verursacht. Sie ist eine grundlegende Variable, die bei Konstruktionen und Konstruktionssystemen wie Brücken oder Gebäuden zu berücksichtigen ist. Der Young-Modul ist der Gradient der Spannungs-Dehnungs-Kurve. Wir haben Klammern entworfen und verwendet, um die Balken zu halten, um das Young-Modul von Aluminium- und Stahlbalken zu messen. Die Balken wurden an einem Ende mit geklemmten Blöcken gespannt gehalten, und das andere Ende wurde mit der Last aufgehängt, um Spannung und Dehnung zu verursachen, um Daten für die Konstruktion bereitzustellen. Das Aufbringen von Masse auf die Strahlen streckt den Strahl und bewirkt eine Ablenkung des Strahls. Der Betrag der Durchbiegung ist proportional zu der auf die Balken ausgeübten Last. Die Dehnung wird durch die Ablenkung des Strahls ermittelt, geteilt durch die Anfangslänge des Strahls; Die Spannung kann anhand des Kraftbetrags, geteilt durch die Querschnittsfläche des Balkens, ermittelt werden. Das Spannungs-Dehnungs-Diagramm wird dann aufgezeichnet und der Young-Modul wird anhand der Steigung des Diagramms bestimmt.

Literaturverzeichnis

Ashby, M F. Materialauswahl im mechanischen Design. Butterworth-Heinemann: Oxford, 1999. drucken.

G, Totten, G Totten und D MacKenzi. "Handbuch von Aluminium." Physikalische Metallurgie und Prozesse (2003): 403. drucken.

International, ASTM. Standardprüfverfahren für die Zugprüfung von metallischen Werkstoffen. jährliches Buch. West Conshohocken: ASTM International, 2015. drucken.

M, Radovic. "Vergleich verschiedener experimenteller Techniken zur Bestimmung der elastischen Eigenschaften von Festkörpern." Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (2004): 368. drucken.

Peixoto, Daniel et al. JUGENDLICHE MODULBESTIMMUNG: VERSCHIEDENE METHODEN. Internationale Konferenz für experimentelle Mechanik. porto: Abteilung für Maschinenbau (DEMec), Universität Porto, Portugal, 2012. drucken.

Anhänge:
Reichen Sie dasBeschreibungDateigröße
Laden Sie diese Datei herunter (design_project_report_for_engineering_mechanics.pdf)Konstruktionsprojektbericht für Engineering MechanicsKonstruktionsprojektbericht für Engineering Mechanics358 kB

Weitere Beispielschriften

Besondere Angebot!
Testen Sie mit COUPON: UREKA15 um 15.0% zu deaktivieren.

Alle neuen Bestellungen am:

Schreiben, umschreiben und bearbeiten

Bestellen Sie jetzt