X
تبلیغات
وبلاگ تخصصی عمران - چند نمونه آزمایش بر روی مواد و مصالح مربو ط به درس آزمایشگاه مقاومت مواد مصالح

وبلاگ تخصصی عمران

ساختمان-راه-سازه-آب-معماری-شهرسازی وغیره

چند نمونه آزمایش بر روی مواد و مصالح مربو ط به درس آزمایشگاه مقاومت مواد مصالح

 

عنوان تحقیق :

 

 

ساختمانهای پلی ون

نام درس مربوطه :

آزمایشگاه مواد و مصالح

-هدف آزمایش

 

بررسی رفتارهای تنش– کرنش فلزات و به دست آوردن مشخصات مکانیکی آنها می باشد .

    

 

از جمله بدست آوردن :

 

1- تنش تسلیم

2- مدول الاستیسیته

3- مقاومت کششی و تنش های جاری

4- درصد ازدیاد طول

5- درصد کاهش سطح مقطع

 

 

2- مقدمه

 

آزمایش کشش یکی از معمولی ترین آزمایش های کاربردی مصالح بوده وهمچنین یکی از مهمترین آزمایش های مکانیکی است که جهت بدست آوردن خواص مصالح مورد استفاده قرار می گیرد . برای طراحی قطعات سازها ویا آنالیز و محاسبه تنش و تغیر شکل سازه ها ناچاریم مشخصات مکانیکی از قبیل مدول الاستیسیته E ؛ ضریب پواسیان v ؛ تنش تسلیم &y ؛ تنش نهایی &u؛ و شکل پذیری را داشته باشیم.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3-  منحنی تنش – کرنش

 

 منحنی تنش – کرنش مواد گوناگون ؛ تفاوت زیادی با یکدیگر دارند آزمایش های کشش انجام شده برروی ماده ای یکسان نیز ممکن است نتایج متفاوتی داشته باشند .که بستگی به دمای نمونه وسرعت بارگذاری دارد . با این وجود می توان در میان نمودارهای تنش – کرنش گروههای مختلف مواد ؛  مشخصه های مشترکی راتشخیص داد و بر اساس این مشخصه ها انواع مختلف مواد را به دو گروه اصلی مواد شکل پذیر و شکننده تقسیم بندی نمود.

مشخصه موراد شکل پذیر، که فولاد ساختمانی و بسیاری ازآلیاژهای فلزات دیگر را شامل می شوند توانایی تسلیم در دماهای عادی است وقتی که نمونه تحت اثر بار افزایش یا بنده قرار می گیرد ابتدا طولش به طور خطی با بار افزایش می یابد که این افزایش طول با آهنگی بسیار آهسته انجام می شود از این رو قسمت اول منحنی تنش – کرنش خط مستقیم باشیب تند است اما پس از اینکهتنش به مقدار تسلیم رسید نمونه با افزایش نسبتاً کم بار ، تعییر شکل زیادی می دهد .

 

3-1- باریک شدن :

 

پس اینکه نیروی کشش از بار حداکثر گذشت یک پایداری موضعی شروع به کاهش قطر نمونه می کند که این پدیده را باریک شدن می نامند . تنش و کرنش در قسمت باریک شده از قسمتهای دیگر نمونه زیادتر است بنا براین افزایش طول ، محدود به قسمت باریک شده می گردد .

 

 

3-2- حد الاستیک :

 

یک ماده ، تنش ماکزیمی است که اگر جسم به آن تنش برسد و سپس آن تنش برداشته شود ، اثری از تغییر طول در جسم باقی نمانده و با تغییر شکل دائمی خیلی جزئی پس از حذف بار در جسم پدید آید.

 

 

3-3- حد تناسب :

 

برای بسیاری از مواد قسمت اولیه نمودار تنش – کرنش بصورت خط مستقیم تقریب زده می شود این قسمت را حد تناسب گویند . در این محدوده تنش و کرنش متناسب با یکدیگرند و ان مقدار تنشی است که به ازای آن نسبت تنش به کرنش ثابت و برابر با مقدار E یا ضریب ارتجاعی است و در تنشهای بالاتر از این حد ، نسبت فوق ثابت نیست .

 

3-4- نقطه تسلیم :

 

اگر مقدار بار اعمال شده روی نمونه افزایش پیدا کند و از حد الاستیک فراتر رود به تنشی خواهیم رسید که در آن بدون افزایش بار ، تغییر شکل ماده ادامه خواهد داشت . این پدیده فقط درمواد نرم اتفاق می افتد .

 

3-5- استحکام تسلیم :

 

بیشتر فلزات غیر آهنی و فولادهای با استحکام بالا دارای نقطه تسلیم مشخصی نیستند. برای این مواد ماکزیمم استحکام مفید ، همان استحکام تسلیم است . استحکام تسلیم ، تنشی است که در آن هم انحراف محدود مشخصی را از نسبت تنش به کرنش بروز می دهد .

 

 

 

3-6- مقاومت نهایی یا استحکام کششی :

 

بالاترین نقطه منحنی تنش – کرنش نقطه U می باشد که حداکثر تنشی اسست که نمونه فولادی می تواند تحمل نماید . مقدار تنش در این نقطه بسیار مهم است زیرا ابتدای انهدام فولاد می باشد . مقاومت نهایی گاهی اوقات استحکام کششی نیز خوانده می شود . 

 

 

3-7- ازدیاد طول :

 

یک معیار استاندارد برای شکا پذیری ماده ، درصد طول آن است که چنین تعریف می شود :

LB-LO *100 = درصد افزایش طول

LO                                            

3-8- کاهش در سطح مقطع :

 

معیار دیگری که گاهی برای شکل پذیری بکار می رود ، درصد کاهش مساحت است که چنین تعریف می شود :

 

                                                   

AO - AB *100 = درصد کاهش مساحت 

LO                                          

 

 3-9- مدول یانگ :

 

مدول یانگ یکی ازمهم ترین خوا مصالح می باشد و عبارت است از نسبت تنش به کرنش در محدوده خطی ، این مدول ، معمولاً با حرف E  مشخص می شود و به مدول الاستیسیته نیز می گویند . واحد مدول یانگ درسیستم SI بر حسب ) N ) و یا Pa می باشد .

            M2

 

 3-10- تنش و کرنش حقیقی :

 

در قسمت قبل خواص قراردادی کشش تشریح گردید این در حالی است که موارد یاد شده کاملاً خواص فیزیکی اجسام را بیان نمی کنند ، اطلاعات دقیقی را می توان از منحنی تنش  کرنش حقیقی اجسام به دست آورد برای تعریف کمیته های حقیقی بهتر است ه بحث در رفتار کش نمونه یکنواخت بررسی شود.

 

 

3-11- رابطه کرنش حقیقی بر حسب کرنش اسمی :

 

کرنش اسمی را می توان بصورت زیر نوشت : 

E0= L-LO = L -1

                                                         LO    LO

 

 

4-  دستگاه مورد استفاده و روش انجام آزمایش :

 

جهت انجام آزمایش کشش می توان از دو نوع دستگاه استفاده کرد :

 

دستگاه کشش سرو و هیدرولیک مانند اینسترون که با کمک کامپیوتر منحنی نیرو-  تغییرمکان ، نیروهای تسلیم ، نهایی و شکست را در اختیار ما قرار می دهد در این نوع دستگاه ابتدا گریپرمورد نیاز را به دستگاه متصل نموده و از طریق کامپیوتر، با استفاده ازنرم افزار مورد استفاده ، پارامترها ی مورد نیاز تعریف می گردد . پس از آن دستگاه استارت می شود و در نهایت پس ازشکست نمونه نمودار مورد نیاز ترسیم می گردد .  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

آزمایش کمانش

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                             

 

1-هدف :

 

بررسی پدیده کمانش وفرمولاویلر تحت بارگذاری محوری وبدست آوردن بار بحرانی ستون های تحت شرایط تکیه گاهی و مطالعه تغییرشکل ارتجاعی ناشی از کمانش

 

2- مقدمه :

 

کمانش نوعی ناپایداری سازه تحت بارگذاری فشاری است در حالت کلی ، هر جسم ممکن است سه گونه تعادل داشته باشد :

 

1-  تعادل ناپایدار که در آن جسم در حالت اولیه متعادل است اما ممکن است بر اثر کوچکترین ضربه ای از حالت تعادل خارج شده و دیگر به حالت تعادل باز نمی گردد .

2-  تعادل پایدار که درآن جسم تحت هر نوع ضربه ای تعادل خود را حفظ کرده و اگر از وضعیت تعادل خارج شود دوباره به حالت اولیه برمی گردد .

3-  تعادل خنثی که در ـن جسم در حالت اولیه در تعادل است و بر اثر هر ضربه ای از تعادل خارج شده و به وضعیت تعادل جدیدی می رسد اما به هر صورت ، متعادل است .

 

در مقاومت مصالح دو نکته اصلی قابل توجه است :

 

1-  استحکام سازه در توانایی آن در نگهداری باری مشخص بدون ایجاد تنش اضافی .

2-  توانایی سازه در تحمل باری مشخص بی آنکه تغییر شکلها غیر قابل قبولی ایجاد شود .

در این آزمایش بحث ما پایداری سازه یعنی توانایی آن در نگهداری باری مشخص بدون ایجاد تغییر ناگهانی در پیکره بندی سازه است در اینجا بحث ، مربوط به ستونها است .                       

 

3- تئوری آزماش :

 

اگر طول تیر نسبت به سطح مقط آن (ممان اینرسی ) خیلی زیاد باشد برای نیروهای فشاری قبل از آنکه معیار شکست برای آن مطرح باشد تغییر فرم آن تیرها در طراحی مورد نظر است .

 

پایداری ستونها ، به نوع ستون از نظر جنس ، ابعاد و شکل مقطع و نوع اتصال آن در نهایت به بار P که بر روی آن وارد می شود ، بستگی دارد . اگر بار Pcr را بار بحرانی در نظر بگیریم و اگرp بیشتراز Pcrباشد ، با وارد شدن بر ستون وضعیت ناپایداری برای ستون پیش می آید که در نهایت کمانش می کند .

اگر طول ستون AB ، L باشد برای نگهداری بار P به ستون با مساحت A ، P=& تنش مقطع عرضی است اگر& کوچکتر از rp& باشد و اگر تغییر شکل

A

بارp به جای اینکه مستقیم بماند ، دچار انحنای شدید می شود ، کمانش به وجد امده و Pcr از معادله زیر بدست می آید 

                                                Pcr=    EI                                                                        L

 

د این رابطه E مدول الاستیسیته و I ممان اینرسی LC طول موثر است که در ستونهای دو سر مفصل، دوسر گیردار ، یک سر مفصل – یک سر گیردار و یک سر گیر دار – یک سرآزاد به ترتیب  L،L 0.5 ،L 0.699 ،L 2      می باشد .

 

3-     شرح دستگاه و روش آزمایش :

 

دستگاه تست کمانش از دو کف متحرک وثابت باجک دستی وپمپ دستی جهت اعمال نیروی فشاریویک ساعت اندازه گیری جهت بدست آوردن تغییر مکان قائم تیر تشکیل شده است .

 

 

فک متحرک بهکمکدوپین دستی قابل تغییرمیباشد به کمک یک نیرو سنج دیجیتالی که مستقیماً به جک متصل است،می توان نیروی اعتمالی رانشان داد فک های دستگاه دارای پیچ وصفحات مخصوص جهت ایجاد شرایط انتهایی مختلف برای تیرهای نمونه می باشد.

 

برای بدست آوردن EI ،به طریق تجربی برای این کاراز یک قلاب وگوه مربوطه جهت اعمال نیرو وساعت اندازه گیری جهت اعمال تغییر مکان قائم تیر استفاده میشود گوه مخصوص را از یک طرف وارد تیر نموده وپیچ های فک را باز کنید. دو انتهای تیررا درون شکاف های تیرها قرار داده وساعت اندازه گیری راروی گوه قرار دهید واز طرف دیگر ،گوه به کمک قرقره ونخ قلاب نیرو وارد میکند. برای تنظیم فاصله تیراز پیچ آجدار انتهای جک همچنین تغییر مکان فک متحرک به کمک پین استفاده کنید طول تیر را از انجایی که به فک تکیه گاه دارد اندازه گیری کرده ولغزنده متحرک با ساعت اندازه گیری در وسط تیر قرار دهید وتغییرمکان را یاداشت کنید وEI را بدست آورید.

 

جهت بدست اوردن نیروی بحرانی در تیر،تیررا درون شکاف فک ها قرارداده پیچ فک را ازدرون سوراخ تیر گذرانده ومحکم کنید.

 

موقعیت تیردرشکاف فک باید طوری باشد که در وسط شکاف قرارگیرد. ساعت اندازه گیری را دروسط تیر قرار داده وصفر کنید. به کمک پمپ دستی نیروی اعمال کرده ومقدارP،Y را یاداشت کنید این کاررابرای تیر درحالت تکیه گاهی مختلف انجام دهید وبه جای LC از جدول ارائه شده مقدار دقیق را قرارداده وبار بحرانی را بدست آورید.

    

 

                                               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

آزمایش کشش

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-هدف

 

 

بدست آوردن ضریب ارتجاعی برشی وروابط زاویه پیچش ولنگر پیچشی 

 

2- مقدمه

 

محوری را در نظر بگیرید. در یک طرف گیرداروطرف دیگر تحت تاثیرکوپل T=F.dواقع بر صفحه ای عمود بر محور اصلی قرار گرفته باشد،چنین محور درحالت پیچش می نامند.

 

اثرات پیچش در یک محور عبارت است از:

 

1- تغیر شکل زاویه درمقطع انتهایی  نسبت به مقطع ابتدایی محور

 

2- ایجاد تنش برشی درهر مقطع از محور عمود بر میان تار

 

3- ممان پیچشی    

 

گاهی ممکن است کوپل های مختلفی در طول یک محوروارد آید،در چنین حالتی بهتراست که کمیت اندازه دیگری به نام ممان پیچشی در نظر گرفته  می شود . برای هر مقطع ، این ممان عبارت است از اندازه جبری ممان نیروهای زوج وارد برآن مقطع درطول محور.

 

 

 

 

 

 

4- ممان اینرسی قطبی :

 

برای یک محورتوخالی با مقطع دایره که قطر خارجی آن DO وقطر داخلی آنDj باشدممان اینرسی قطبی راباحروفJ نشان داده ومقدارآن از رابطه زیر حساب می شود:                                    

D-D))    J=                            

                                                                                  32

5- تنش برشی برای پیچش :

 

برای یک محور با مقطع دایره بصورت توپر یا توخالی مقدار تنش برشی ناشی از پیچش در اثر ممان پیچشی T در فاصله P از مرکز مقطع عبارت است از :

t = Tr  

                                                                     j                                                                                                                                                                                    

6- زاویه پیچش :

 

اگر محور طولی L تحت تاثیر ممان پیچشی Tقرار بگیرد زاویه ای که از چرخش یک مقطع نسبت به مقطع دیگری به وجود می آید عبارت است از:

 

                                                              &= TL

                                                                                                                                                                                     GJ

7- محاسبه تنش برشی :

 

اگر میله تحت تاثیر گشتاور باشد ، تنش برشی در آن بوجود می آید که این تنش در صفحه ای عمود بر سه محور ظاهر می شود اگر تنش برشی ایجاد شده بیش از تنش برشی مجاز باشد ، باعث انهدام می گردد . لذا مطالعه و بررسی پیچش الزامی است . اثر دیگر کشت اور خارجی ایجاد چرخش جزئی مقاطع نسبت به یکدیگر می باشد که ان هم قابل محاسبه است.  

 

8- محاسبه مقدار زاویه پیچش :

 

تعیین زاویه پیچشی حداقل سه کاربرد مهم خواهد داشت :

 

1- در پیش بینی پیچش یک محور ، علاوه بر مقاومت کلفی ان در طراحی ، تغییر شکل حاصله نیز نباید از حد مجاز تجاوز نماید .

2- مقدار زاویه پیچش محور در تجزیه و تحلیل ارتعاشات پیچشی ماشین مورد نیاز است .

3- در پیچش محورها برای حل مسائل پیچشی نامعیین استفاده می شود .

بر اساس فرضیات قبلی در پیچش مقاطع گرد صفحات عمود بر محور مقطع تیر ، تاب بر نمی دارند ، یعنی در حقیقت فاصله موازی عمود بر محور ثابت می ماند این فرض برای تغییر شکلهای بزرگ صادق نیست ولی تغییر شکلها معمولاً بسیار کوچک است .

 

9- روش آزمایش و معرفی دستگاه :

 

قبل از آزمایش ، طول مقطع نمونه را اندازه گیری نموده و بر روی دستگاه نصب نمائید سنجه تغییر مکان را در تماس با باز قرارداده و عقربه آن را روی صفحه تنظیم نمائید پس از اندازه گیری شعاع قرقره بارگذای ، بار بصورت تدریجی اضافه نموده و در هر مرحله تغییر مکان انتهای بازو را مثبت نمایید .  

در این آزمایش نمونه از یک طرف به دیسک چرخان که عامل انتقال گشتاوراست و از طرف دیگر به قسمت ثابت کننده دستگاه متصل است مقدار دوران نمونه با دورثبت شده بر انیتور دیجیتالی خوانده می شود .

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

آزمایش کرنش  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-هدف

 

اندازه گیری کرنش توسط کرنش سنجهای مقاومت الکتریکی و مقایسه با روشهای تئوری .

 

2- مقدمه :

 

آنالیز توزیع تنش سیلندر های جدار ضخیم تحت فشار و لوله های توپر مسئله مهم در رشته های مهندسی مکانیک ،عمران و هوا فضا است . حقیقت ر تحلیل سازه ها و اجسام ، به ناچار بایستی مقدار تنش در نقاط مختلف جسم را محاسبه نموده و در طراحی ها مورد نظر قرار داد .

علاوه بر روشهای تحلیلی موجود که در تئوری الاستیسیته و مقاومت مصالح بحث می شود ، روشهای کامپیوتری همانند المانهای محدود ، روشهای تجربی از قبیل کرنش سنج ، فتوالاستیسیته ، کوتینگ (پوشش ترد ) و ... نیز برای به دست آوردن تنش وجود دارند که در کرنش سنجها استرین گیج ها کاربرد گسترده تری دارند .

 

4-     تئوری آزمایش   

 

انواع مختلفی از کرنش سنج ها رابرای سنجش کرنش بکار میرود. اما ازاین میان،کاربرد کرنش سنج های مقاومتی بیش از انواع دیگر رایج است.

این ابزار قادر است بادقت خوب کرنش را به یک تغییر مقاومت تبدیل کند . به کمک ابزارهای الکتریکی می توان نغییر مقاومت را سنجید واندازه کرنش رامشخص نمود.اگر یک سیم هادی درنظر گرفته شود آنگاه رابطه زیر برقرار است:    

                                                                   R= pL 

                                                                      A 

 

دراین رابطهL طول سیم ،P مقاومت مخصوص وR مقامت سیم است اگر سیم کشیده شود ، مقاومت آن افزایش می یابد وباافزایش طول سیم ،مقطع آن کاسته می شود و اگر از رابطه مشتق گرفته شود آنگاه داریم :

                                                               dR=F[dL]

                                                                L       R

 

در رابطه فوق dR تغیر مقاومت نسبی Fیک عددثابت و dLهمان کرنش

                    R                                              L

است. بنا براین سنجش کرنش مستلزم اندازه گیری مقاومت است .

 

روزت های سرگیجی با توجه به زوایای بین گیج ها نیز بر دو نوع می باشد .

نوع دلتا (با زوایای مساوی) ونوع دیگر روزت یک گوشه با زاویه 45 درجه، نا گذاری روزت دلتا به این دلیل است که درآن ترتیب گیج ها بصورتی است که تکیل یک مثلث متساوی الاضلاع را می دهد و هر گیج به طور متقارن بازاویه 60درجه در اطراف گیج دوم قرار دارند.

 

5-      شرح دستگاه و روش آزمایش

 

در این آزمایش استرین گیج ها روی تیرها نسب شده اند که با قرار دادن این تیرها روی تکیه گاه ها و اتصال سیم های رابط بدستگاه می تواند کرنش در اثر بارگذاری های مختلف از روی دستگاه نشان دهد .

دستگاه کرنش از یک چارچوب که بروی آن از دو تکیه گاه از جنس فولاد که بر روی آنها فک ها قرار گرفته اند تشکیل شده است .

 

نمونه آزمایش،که یک تیرباابعادواندازه مشخص است ،ری سطح مورد نظر آن استین گیج چسبانده، داخل فک ها قرار داده و محکم می شود . ساعت اندازه گذاری رازیر یا بالای یکی از تیرها قرار داده و محکم نموده و پس از بار گذاری تیر، مقدار کرنش اندازه گیری شده یاداشت می شود و خیز تیر بدست می آید .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ نوشته شده در  پنجشنبه بیست و چهارم دی 1388ساعت 23:56  توسط محمد بنی اسد آزاد  |