Rapport de projet de conception pour la mécanique du génie
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Introduction

Comprendre les matériaux en mécanique est essentiel pour l’application des matériaux en mécanique. Ce fait a conduit à l’étude d’un pont en treillis pour établir la raison de sa déviation permanente sous une charge supérieure à la spécification admissible (Ashby). L’essai consiste principalement à établir les causes de la défaillance d’un pont en treillis due au chargement. L'essai consistera principalement à charger le pont en treillis et à collecter les données pertinentes pour la compilation du module de Young, de la limite d'élasticité et de la contrainte de traction ultime. Ces tests seront effectués séparément afin d’accroître la précision des données obtenues. Ce document présente les données brutes obtenues, le rapport de défaillance et la discussion sur les essais de matériaux.

Les expériences visent à familiariser avec la relation entre la charge et la déviation des différents faisceaux qui composent le pont en treillis. Il vise également à explorer la théorie du module de Young des matériaux composant les faisceaux. Les expériences qui seront entreprises sont le banc d'essai de pliage, la déviation d'un porte-à-faux et la déviation d'un faisceau simplement soutenu. L'essai de flexion impliquera le chargement de masses sur un arbre supporté entre les pinces d'un appareil de forage et la mesure des relations charge-déviation. La déviation d'une expérience en porte-à-faux impliquera la déviation d'une poutre en porte-à-faux pour l'acier et l'aluminium. Enfin, l’expérimentation d’une poutre simplement supportée implique de rechercher la déflection d’une poutre simplement supportée pour acier et aluminium.

Résumé

Les tests tentent d’expliquer la défaillance du pont en treillis à l’aide de principes techniques. Le pont a subi une déviation permanente sous une charge supérieure à la spécification admissible. Les méthodes de test impliquaient de tester la tension de matériaux métalliques. L'essai a été effectué à la température ambiante avec les métaux forgés en faisceaux. Le test visait principalement à établir le module de Young, la limite d'élasticité et la contrainte de traction ultime des poutres constituant le pont en treillis. Les membres de la ferme ont été fabriqués à partir de nuance d'acier inoxydable recuit 405 (module d'élasticité = 200 GPa, limite d'élasticité = 170 MPa, résistance ultime à la traction = 415 MPa). La longueur de la ferme était d’environ 80 mètres et la hauteur d’environ 6 mètres. Chaque baie est de taille égale (International). Les membres inférieurs de la membrure sont constitués de sections carrées en mm 40x40, et tous les autres membres de fermes sont en sections carrées en 80x80.

Les exceptions à ces tests ont été faites pour les membres individuels où il était impératif de conclure que les membres fonctionneraient avec leurs zones de contrainte et de contrainte admissibles. On a également supposé que les membres étaient non élastiques et qu’ils pouvaient donc subir une fracture lorsque leurs limites élastiques étaient dépassées. La température ambiante a été considérée comme étant comprise entre 10 et 38 ° C. Les valeurs ont toutes été converties en unités SI.

Les laboratoires visaient principalement à tester les deux membres du pont; les membres de traction et de compression. Les deux poutres différentes (en porte-à-faux et le support simplement supporté) ont été testées sous différentes charges, obtenant ainsi la flexion de la charge, ce qui a permis d'établir que le pont dévie en permanence sous la charge est supérieur aux spécifications autorisées. Les résultats du test de calcul du module de Young avec précision. Cet essai s'est avéré utile pour déterminer le module de Young du matériau des poutres et offre donc des résultats supérieurs à ceux de l'essai de traction. La contrainte dans les éléments de tension (90x90) et dans la compression (80x80) est supérieure à celle autorisée par les propriétés du matériau. Une compression plus élevée, supérieure à la limite d'élasticité, a provoqué une déformation du diamètre et donc une distorsion de la section transversale de l'élément, tandis que la tension réduisait le diamètre de l'élément.

Les calculs du module de Young pour établir la limite d'élasticité du matériau ont permis d'établir que le pont succomberait à des masses introduites au centre du pont. La conclusion était que la limite d'élasticité serait facilement dépassée lorsque la force de compression serait introduite. Discussion sur les essais de matériaux

Pour tester le comportement des matériaux du membre du pont en treillis, nous effectuons un test de compression et un test de traction (Peixoto, Sousa et Restivo). Les principaux éléments à tester étaient le module de Young, la limite d'élasticité et la contrainte de traction ultime des matériaux potentiels à utiliser pour construire un nouveau pont. L'expérience de flexion a permis d'obtenir des valeurs précises pour le calcul du module de Young. Le simplement pris en charge était un peu indésirable.

Module d'Young

Voici les dimensions des poutres utilisées dans le matériau de l'expérience

Rapport de projet de conception AWB pour la mécanique du génie

Les faisceaux ont été déviés conformément à la théorie des faisceaux d’Euler-Bernoulli. Les principes seraient pris en compte pour les deux configurations de l'expérience. Le faisceau en porte-à-faux pour lequel la déviation maximale se produit à l'extrémité libre du faisceau et dans le faisceau simplement soutenu, il se produit au centre du faisceau. Pour calculer la déviation maximale du porte-à-faux et du faisceau simplement soutenu, les équations ci-dessous peuvent être utilisées.

Rapport de projet de conception AWB pour la mécanique du génie

L est la longueur de la poutre (mm)

E est le module de Young (GPa ou N / mm2)

P est la charge (Newtons)

I est le moment d'inertie 2nd (mm4)

La figure ci-dessous représente la déviation expérimentée dans les deux expériences.

Le module de Young représente la pente de la ligne dans une courbe contrainte-déformation. Pour déterminer le module de jeune à partir des tests, nous traçons la relation entre la charge et la déflexion résultante et obtenons ainsi la pente du graphique. En traitant le tracé d'une relation linéaire y = bx + c, nous obtenons les équations suivantes.

A partir de l’expérience, on calcule d’abord le deuxième moment d’inertie pour pouvoir obtenir la déviation

A partir des lectures ci-dessus, nous pouvons calculer le deuxième moment d'inertie

Pour obtenir les déformations maximales

La flèche obtenue peut être utilisée pour déterminer le module de Young du matériau des poutres.

Propriété Votre valeur Unité
Module d'Young 46.025 GPa
0.2% stress de preuve 283.07 MPa
Contrainte de traction ultime 348.54 MPa
Souche d'ingénierie au point de contraction 22.26 %
ductilité 33.4599 %

Pour concevoir les poutres, nous traçons les extensions respectives des poutres contre les charges.

MS Blackform

SS 304
Al 5005
Al 5052
SS 304

Contrainte de limite élastique et ultime contrainte de traction

L'essai de traction sert à mesurer les propriétés mécaniques des poutres. Il concerne les effets d’une charge de traction sur l’allongement (changement de longueur) des poutres du pont. Pour analyser complètement le matériau des faisceaux, nous surveillons leur comportement sous tension et compression (G, Totten et MacKenzi). L'hypothèse pour la tension et la compression a fonctionné pour la valeur de la constante de matériau. La formule de contrainte et de déformation développée est appliquée aux éléments du pont en traction et en compression, établissant ainsi l’effet du chargement sur les poutres. La résistance à la compression des matériaux est différente de leur résistance à la traction. Sur les courbes contrainte-déformation, le module d'élasticité est le même pour la traction et la compression. Mais à la lumière des résultats, la résistance à la compression de l’aluminium était deux fois supérieure à celle de l’acier. Les essais de compression ont été effectués sans déchargement, le comportement des faisceaux était donc pratiquement identique en compression et en tension.

Le module d'élasticité, la limite d'élasticité et la contrainte ultime deviennent égaux.

De la contrainte et de la contrainte sur la longueur initiale de la longueur de la poutre de l'échantillon, obtenue à partir de la ferme et égale à l'allongement de la poutre (le changement de longueur de la poutre) divisé par la longueur initiale de la poutre. Puisque la déformation et la contrainte ont des unités de longueur, la déformation a des unités sans dimension et est exprimée principalement en mètres et en millimètres. Généralement, la déformation peut être exprimée en déformation technique en pourcentage de déformation ou en pourcentage d'allongement (M).

Souche d'ingénierie = souche d'ingénierie x 100%

Le graphique du diagramme contrainte / déformation donne une courbe généralement linéaire et qui suit la relation. Cette relation linéaire est basée sur la loi de Hooke et a une limite d'élasticité qui représente la déformation élastique. En enlevant la charge au niveau de la poutre, le membre retrouvera sa forme initiale sans déformation permanente. Le gradient de la courbe est le module d'élasticité ou module de Young, similaire à une constante de ressort. Les matériaux diffèrent dans le module de Young en raison de la différence dans les liaisons, le module de Young d'un matériau n'est pas affecté par la microstructure mais est entièrement affecté par la force de liaison qui retient les atomes dans la structure. Lorsque la charge augmente, le niveau de contrainte augmente au-delà de la limite élastique, si la contrainte dépasse la limite d'élasticité et que des déformations permanentes des poutres se produisent. La déformation permanente est appelée déformation plastique en raison du type de comportement dans la structure. Il est difficile de déterminer le point exact où se produit le changement du comportement élastique au comportement plastique. La méthode 0.2% offset est généralement utilisée pour estimer ce point. Une ligne parallèle à la courbe élastique est dessinée à travers la déformation, et le point d'intersection avec la courbe de contrainte-déformation définit la limite d'élasticité. La contrainte de traction ultime est la contrainte maximale dans le diagramme contrainte-déformation technique. Les poutres subiront finalement une déformation plastique importante après une charge excessive, puis subiront une déformation localisée connue sous le nom de striction avant la rupture ultime. La région résulte d'une instabilité de déformation et après sa formation, toute déformation est donc limitée à cette région. À ce stade, la contrainte réelle requise pour tirer les poutres jusqu’à la rupture augmentait constamment jusqu’à la rupture. Mais, comme la contrainte est calculée à l'aide de la section transversale d'origine des poutres après la contraction, la valeur de la contrainte technique diminue. La ductilité du faisceau est caractérisée soit par la déformation à la rupture, soit par le pourcentage de variation de longueur. Si une striction importante se produit avant la rupture, le pourcentage de changement de dimension des poutres constituera une mesure claire de la ductilité des poutres.

Conclusions

Les expériences visent à établir la ductilité des poutres à utiliser dans le pont en treillis. La relation entre la charge et la déviation des poutres qui composent le pont en treillis. L'expérience a permis de tester la théorie du module de Young des matériaux composant les faisceaux. Les expériences entreprises jusqu'à présent concernaient le banc d'essai de flexion, la déviation d'un porte-à-faux et la déviation d'un faisceau simplement soutenu. L'essai de flexion consistait à charger des masses sur une poutre supportée entre des pinces d'un appareil de forage et à mesurer les relations charge-déviation. La déviation d'une expérience en porte-à-faux impliquait la déviation d'une poutre en porte-à-faux pour l'acier et l'aluminium. Enfin, l’expérimentation d’une poutre simplement appuyée impliquait d’examiner la déflexion d’une poutre simplement appuyée pour acier et aluminium.

Le module de Young est une mesure de la déformation d'un matériau de poutre en réponse à une force appliquée provoquant une contrainte sur les poutres. Il s'agit d'une variable fondamentale à prendre en compte lors de la conception et de la construction de systèmes d'ingénierie mécanique tels que des ponts ou des bâtiments. Le module de Young est le gradient de la courbe contrainte-déformation. Nous avons conçu et utilisé des pinces pour maintenir les poutres de manière à mesurer le module de Young des poutres en aluminium et en acier. Les poutres ont été maintenues tendues à une extrémité avec des blocs serrés, et l'autre extrémité est suspendue à la charge afin de générer des contraintes et des contraintes afin de fournir des données pour la conception. L'application de masse sur les faisceaux étire le faisceau et le dévie. L'amplitude de la flèche est proportionnelle à la charge appliquée aux poutres. La déformation est déterminée par la flèche du faisceau divisée par la longueur initiale du faisceau tandis que; la contrainte peut être trouvée en utilisant la quantité de force appliquée divisée par la surface en coupe transversale de la poutre. Le graphique contrainte-déformation est ensuite tracé, et le module de Young est déterminé à l'aide de la pente du graphique.

Ouvrages cités

Ashby, M F. Sélection des matériaux dans la conception mécanique. Butterworth-Heinemann: oxford, 1999. impression.

G, Totten, G Totten et D MacKenzi. "Manuel de l'aluminium," Métallurgie physique et procédés (2003): 403. impression.

International, ASTM. Méthodes d’essai standard pour l’essai de traction de matériaux métalliques. livre annuel. Conshohocken Ouest: ASTM International, 2015. impression.

M, Radovic. "Comparaison de différentes techniques expérimentales pour la détermination des propriétés élastiques des solides." Science et génie des matériaux (2004): 368. impression.

Peixoto, Daniel et al. DÉTERMINATION DU MODULUS DE JEUNE: DIFFÉRENTES MÉTHODES. Conférence internationale sur la mécanique expérimentale. porto: Département de génie mécanique (DEMec), Université de Porto, Portugal, 2012. impression.

Pièces jointes:
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