Отчет о разработке проекта для инженерной механики
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 (2 Голосов)

Введение

Понимание материалов в механике имеет решающее значение при применении материалов в механике. Этот факт привел к исследованию ферменного моста, чтобы установить, почему он постоянно отклоняется под нагрузкой, которая выше допустимой спецификации (Эшби). Тест в основном влечет за собой установление причин отказа моста фермы из-за нагрузки. Испытание в основном повлечет за собой загрузку ферменного моста и сбор данных, относящихся к составлению модуля Юнга, предела текучести и предела прочности при растяжении. Эти тесты будут проводиться по отдельности, чтобы повысить точность полученных данных. В этом документе представлены полученные необработанные данные, отчет об ошибках и обсуждение тестирования материала.

Эксперименты направлены на ознакомление с взаимосвязью между нагрузкой и отклонением различных балок, которые составляют мост фермы. Он также направлен на изучение теории модуля Юнга материалов, из которых состоят балки. Будут проведены следующие эксперименты: установка для испытания на изгиб, прогиб кантилевера и прогиб балки с простой опорой. Испытание на изгиб включает в себя нагружение масс на валу, поддерживаемом между зажимами буровой установки, и измерение отношений нагрузки-прогиба. Отклонение консольного эксперимента будет включать отклонение консольной балки для стали и алюминия. Наконец, отклонение эксперимента с просто поддерживаемой балкой влечет за собой исследование отклонения балки с простой подложкой для стали и алюминия.

Управляющее резюме

Испытания направлены на объяснение отказа ферменного моста с использованием инженерных принципов. Мост испытывал постоянный прогиб под нагрузкой, превышающей допустимую спецификацию. Методы испытаний включали испытание на растяжение металлических материалов. Испытание проводилось при комнатной температуре с металлами, кованными в балки. Тест в основном был направлен на установление модуля Юнга, предела текучести и предела прочности на растяжение балок, образующих мост фермы. Элементы фермы были изготовлены из отожженной нержавеющей стали марки 405 (модуль упругости = 200 ГПа, предел текучести = 170 МПа, предел прочности при растяжении = 415 МПа). Длина фермы составила приблизительно 80 метров, а высота - приблизительно 6 метров. Каждая бухта имеет одинаковые размеры (международные). Элементы нижнего пояса состоят из квадратных сечений 40x40 мм, а все остальные элементы фермы имеют квадратные сечения 80x80 мм.

Исключения из этого теста были сделаны для отдельных элементов, где было необходимо сделать вывод, что элементы будут работать с их допустимыми зонами напряжения и деформации. Также предполагалось, что элементы неэластичны, поэтому они могут испытывать разрушение при превышении их пределов упругости. Комнатная температура считалась от 10 до 38 ° C. Все значения были преобразованы в единицы СИ.

Лаборатории в основном были направлены на тестирование двух членов моста; растяжение и сжатие членов. Две разные балки (консольная и просто поддерживаемая) были испытаны при разных нагрузках, получая прогиб нагрузки, следовательно, было установлено, что мост постоянно отклоняется под нагрузкой выше допустимой спецификации. Результаты теста расчета модуля Юнга точно. Этот тест оказался полезным при определении модуля Юнга материала балок и, следовательно, дает превосходные результаты по сравнению с испытанием на растяжение. Напряжение как в растягивающих элементах (90x90), так и в сжатии (80x80) выше, чем допускается свойствами материала. Более высокое сжатие, превышающее предел текучести, вызывало деформацию диаметра, что приводило к искажению площади поперечного сечения элемента, тогда как натяжение уменьшало диаметр элемента.

Расчеты модуля Юнга для определения предела текучести материала позволили установить, что мост уступит массам, введенным в центре моста. Это произошло потому, что предел текучести будет легко превышен при введении силы сжатия. Обсуждение тестирования материалов

Чтобы проверить поведение материалов элемента моста фермы, мы проводим испытание на сжатие и растяжение (Peixoto, Sousa и Restivo). Основными элементами, подлежащими испытанию, были модуль Юнга, предел текучести и предел прочности при растяжении потенциальных материалов, которые будут использоваться для строительства нового моста. Эксперимент по изгибу оказался эффективным в получении точных значений для расчета модуля Юнга. Просто поддержанный был немного нежелателен.

Модуль для младших

Ниже приведены размеры балок, использованных в экспериментальном материале.

AWB Дизайн-отчет по инженерной механике

Лучи были отклонены в соответствии с теорией пучка Эйлера-Бернулли. Принципы будут рассмотрены для обоих экспериментов. Кантилеверная балка имела максимальное отклонение, возникающее на свободном конце балки, а в просто поддерживаемой балке - в центре балки. Для расчета максимального отклонения кантилевера и балки с простым опором можно использовать приведенные ниже уравнения.

AWB Дизайн-отчет по инженерной механике

L - длина балки (мм)

E - модуль Юнга (ГПа или Н / мм2)

P - нагрузка (в ньютонах)

I - 2-й момент инерции (мм4)

На рисунке ниже представлен прогиб, полученный в двух экспериментах.

Модуль Юнга представляет наклон линии на кривой напряжение-деформация. Чтобы определить модуль Юнга из тестов, мы строим график зависимости нагрузки от результирующего прогиба и, следовательно, получаем наклон графика. Обрабатывая сюжет линейным соотношением y = bx + c, получаем следующие уравнения.

Из эксперимента мы сначала рассчитываем второй момент инерции, чтобы иметь возможность получить отклонение

Из приведенных выше показаний мы можем рассчитать второй момент инерции

Чтобы получить максимальные прогибы

Полученный прогиб можно использовать для определения модуля Юнга материала балок.

Имущество Ваша ценность Ед. изм
Модуль для младших 46.025 ГПа
0.2% стойкое напряжение 283.07 МПа
Предельное растягивающее напряжение 348.54 МПа
Инженерная нагрузка на шею 22.26 %
тягучесть 33.4599 %

Для проектирования балок мы строим соответствующие расширения балок против нагрузок.

MS Blackform

SS 304
от Al
от Al
SS 304

Предел текучести и предел прочности при растяжении

Испытание на растяжение используется для измерения механических свойств балок. Он связывает влияние растягивающей нагрузки на удлинение (изменение длины) балок моста. Чтобы полностью проанализировать материал балок, мы отслеживаем их поведение при растяжении и сжатии (G, Totten и MacKenzi). Предположение о растяжении и сжатии работало на значение материальной постоянной. Разработанная формула напряжения и деформации применяется к элементам моста при растяжении и сжатии, что позволяет определить влияние нагрузки на балки. Прочность материалов на сжатие отличается от их прочности на растяжение. Из графиков зависимости деформации от напряжения модуль упругости одинаков для растяжения и сжатия. Но по результатам, прочность на сжатие алюминия была в два раза выше, чем у стали. Испытание на сжатие проводилось без разгрузки, поэтому поведение балок было практически одинаковым при сжатии и растяжении.

Модуль упругости, предел текучести и предельное напряжение становятся равными.

От деформации и напряжения на исходной длине луча длина образца, полученного из фермы и равного удлинению луча (изменению длины луча), деленному на исходную длину луча. Поскольку и напряжение, и напряжение имеют единицы длины, деформация имеет безразмерные единицы и выражается в основном в метрах и миллиметрах. Обычно деформация может быть выражена как инженерная деформация как процент деформации или процент удлинения (М).

Инженерное напряжение = инженерное напряжение x 100%

График зависимости напряжения от деформации дает кривую, которая обычно является линейной и соответствует зависимости. Эта линейная зависимость основана на законе Гука и имеет предел текучести, представляющий упругую деформацию. Сняв нагрузку в области балки, элемент вернет свою первоначальную форму без постоянной деформации. Градиент кривой - это модуль упругости или модуль Юнга, который подобен пружинной постоянной. Материалы различаются по модулю Юнга из-за разницы в связях, модуль Юнга материала не зависит от микроструктуры, но полностью зависит от прочности связи, удерживающей атомы в структуре. Когда нагрузка увеличивается, уровень напряжения увеличивается до точки, превышающей предел упругости, если напряжение превышает предел текучести, и происходит постоянная деформация балок. Постоянная деформация известна как пластическая деформация из-за такого поведения в структуре. Трудно определить точную точку, где происходит изменение от упругого к пластическому поведению. Метод смещения 0.2% обычно используется для оценки этой точки. Параллельная линия к кривой упругости проведена через деформацию, а точка пересечения с кривой деформация напряжения определяет предел текучести. Предельное растягивающее напряжение - это максимальное напряжение на диаграмме деформаций. Балки в конечном итоге будут испытывать обширную пластическую деформацию после чрезмерной нагрузки, а затем в конечном итоге претерпеть локализованную деформацию, известную как шейка, до полного разрушения. Эта область является результатом деформационной неустойчивости и после ее образования, поэтому любая деформация ограничивается этой областью. В этот момент истинное напряжение, необходимое для натяжения балок до разрушения, постоянно увеличивается до разрушения. Но, поскольку напряжение рассчитывается с использованием первоначального поперечного сечения балок после образования шейки, значение технического напряжения уменьшается. Пластичность балки характеризуется либо деформацией до разрушения, либо процентным изменением длины. Если до разрушения происходит значительное сужение, процентное изменение размера балок будет четкой мерой пластичности балок.

Выводы

Эксперименты направлены на установление пластичности балок, которые будут использоваться в ферменном мосту. Соотношение между нагрузкой и прогибом балок, которые составляют мост фермы. Эксперимент смог проверить теорию модуля Юнга материалов, из которых состоят балки. До сих пор проводимые эксперименты включали установку для испытания на изгиб, прогиб кантилевера и прогиб балки с простой опорой. Испытание на изгиб включало нагрузку масс на балку, поддерживаемую между зажимами буровой установки, и измерение отношений нагрузки-прогиба. Отклонение консольного эксперимента включало отклонение консольной балки для стали и алюминия. Наконец, отклонение эксперимента с несущей балкой повлекло за собой исследование прогиба несущей балки для стали и алюминия.

Модуль Юнга - это мера деформации материала балок в ответ на приложенное усилие, вызывающее нагрузку на балки, - это фундаментальная переменная, которую следует учитывать при проектировании и проектировании систем машиностроения, таких как мост или здания. Модуль Юнга - это градиент кривой напряжения-деформации. Мы разработали и использовали зажимы для удержания балок, чтобы измерить модуль Юнга алюминиевых и стальных балок. Балки были натянуты на одном конце с помощью зажатых блоков, а другой конец подвешен с нагрузкой, чтобы вызвать напряжение и деформацию, чтобы обеспечить данные для проектирования. Приложение массы к балкам растягивает балку и заставляет балку отклоняться. Величина прогиба пропорциональна нагрузке, приложенной к балкам. Деформация определяется путем отклонения луча, деленного на начальную длину луча, в то время как; напряжение можно найти, используя величину приложенного усилия, деленную на площадь поперечного сечения балки. Затем строится график напряжения-деформации, и модуль Юнга определяется с использованием наклона графика.

Библиография

Эшби, М Ф. Подбор материалов в механическом проектировании. Баттерворт-Хайнеманн: Оксфорд, 1999. Распечатать.

G, Тоттен, G Тоттен и D Маккензи. «Справочник по алюминию». Физическая металлургия и процессы (2003): 403. Распечатать.

Международный, ASTM. Стандартные методы испытаний на растяжение металлических материалов. ежегодная книга. Уэст Коншохокен: ASTM International, 2015. Распечатать.

М Радович. «Сравнение различных экспериментальных методик определения упругих свойств твердых тел». Материаловедение и инженерия (2004): 368. Распечатать.

Peixoto, Daniel, et al. МОЛОДЕЖНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ: РАЗНЫЕ МЕТОДЫ. Международная конференция по экспериментальной механике. Порту: факультет машиностроения (DEMec), Университет Порту, Португалия, 2012. Распечатать.

Вложения:
филеОписаниеРазмер файла
Загрузить этот файл (design_project_report_for_engineering_mechanics.pdf)Отчет о разработке проекта для инженерной механикиОтчет о разработке проекта для инженерной механики358 XNUMX

Больше образцов письма

Специальное предложение!
использование КУПОН: UREKA15 для удаления 15.0%.

Все новые заказы на:

Написание, переписать и редактировать

Заказать