دانلود مقاله عمران آزمایشگاه مقاومت مصالح در دانشگاه های دیگر جهان

 

فهرست مطالب : آزمایش پیچش ............................................................................................................2 کشش.........................................................................................................................20 تمرکز تنش.................................................................................................................51 تیر معین و نامعین.........................................................................................................66 ضربه..........................................................................................................................79 خلاصه ای از آزمایشگاه مقاومت مصالح در دانشگاه واشنگتن....................................87

آزمایش پیچش برای آلومینیوم :

کلیات :

یکی از پر اهمیت ترین قسمت ها که تأثیر نیروی پیچشی و تنش ناشی از آن را روی قطعات میله ای دایروی و میله های چوبی بیان می کند آزمایش پیچش است . در حقیقت این تست قسمتی از تنش برشی خالص را روی نمونه هایی که تحت بار گذاری پیچشی قرار دارد ایجاد می کند . این تست برای معلوم کردن مؤلفه های برشی و خواص فلز موردنظر از جمله تنش برشی نهایی ، تنش جاری شدن برشی و مدول پیچشی استفاده می شود .

مقدار نیروی پیچشی ( تورک ) که بر نمونه وارد میشود و تغییر شکل را نتیجه می دهد ، ( زاویه پیچش ) در حین تست اندازه گیری می شود ، این کمیت تبدیل به تنش برشی () می شود و همچنین کرنش برشی (y) که از روابط مربوط بدست خواهد آمد .

در این روابط ، C نمایانگر شعاع میله دایروی ، L₀ طول نمونه که در آن پیچش روی می دهد . ( زاویه در شعاع خوانده می شود ) و j نمایانگر ممان اینرسی قطبی نمونه است که بصورت زیر محاسبه می شود .

مدول برشی در ناحیه الاستیک به صورت شیب خطی تعریف می شود که از نمودار تنش برشی بر حسب کرنش برشی از مقدار صفر تا حد مخصوص تنش برشی است که به صورت زیر محاسبه می شود :

این رابطه ی مدول برشی مانند رابطه مدول الاستیسیته فقط در محدوده الاستیک اعتبار دارد .

تعاریف :

حد الاستیک ( حد مخصوص ) :

بزرگترین مقدار تنش که تنش و کرنش با یکدیگر رابطه ی خطی دارند .

مدول الاستیسیته برشی ( مدول سختی پیچشی ) :

نسبت تنش برشی و کرنش برشی در محدوده الاستیک است .

منحنی تنش و کرنش :

منحنی تنش بر حسب کرنش روی نمودار نمایش داده میشود و از ابتدای بارگذاری تا شکست نمونه معتبر است ودر این ناحیه اندازه گیری شده است .

تنش نهایی برشی :

بالاترین تنش برشی مشاهده شده که نمونه هنوز سر جای خود است وآسیبی ندیده است .

تنش جاری شدن :

تنشی است که ماده شروع به جاری شدن می کند برای اکثر مواد از انحراف برای یافتن تنش برش جاری شدن بهره می جویند . مقدار کرنش که با نشان داده شده و خطی موازی خط ناحیه الاستیک که از آن نقطه رسم شده ، نمودار را در نقطه ای به نام تنش جاری شدن قطع خواهد کرد .

اهداف :

برای مشاهده رفتار یک قطعه آلومینیومی زیر بار پیچش تا نقطه شکست و همچنین معین کردن خصوصیات مکانیکی نمونه آلومینیومی زیر اثر برش

وسایل آزمایش :

• ماشین تست پیچش همراه با صفحه مدرج شده و صفحه گیرنده نمونه ( شکل 1 را ببینید )

• ابزار آلات ضمیمه شده به صفحه مدرج و صفحه گیرنده نمونه ( شکل 2 را ببینید )

• کولیس

• متر مخصوص اندازه گیری

نمونه : 6060-T6 نمونه آزمایش آلومینیومی اسمی 0-75inch

دستورالعمل :

1) قطر نمونه اسمی 0.75 inch را به وسیله کولیس اندازه گیری کنید و یادداشت کنید و همچنین ممان اینرسی قطبی را محاسبه فرمایید .

2) یک بازه ای برای نیروی گشتاور پیچشی برای نمونه انتخاب کنید نمونه را در داخل دستگاه قرار داده و چنگک ها را سفت کنید .

3) چرخ دنده و اشاره گر روی نمونه محکم ببندید و برای اطمینان از خط کش استفاده کنید مقدار اشاره گر را روی صفر تنظیم کنید و طول بین صفحه مدرج و صفحه نگه دارنده را اندازه بگیرید و از متر مخصوص اندازه گیری استفاده کنید . طول اسمی نمونه حدود 10.25 اینچ است .

4) مقدار لنگر پیچش را به آرامی وارد کنید و مقدار گشتاور پیچش و زاویه پیچش را به ترتیب بر اساس واحد ( in . lb) و ( degree ) به طور همزمان اندازه بگیرید . مقدار گشتاور را برای هر درجه از صفر تا 30 درجه و سپس هر 5 درجه از 30 تا 60 درجه و سپس هر 30 درجه تا شکست نمونه ادامه دهید ( یا 720 درجه در کل ، هر یک که انجام شود ) سعی کنید مقدار زاویه پیچش مربوط به شکست نمونه را اندازه بگیرید .

درخواست ها :

a – 1 : نمودار کامل تنش و کرنش از شروع تست تا خاتمه آن و شکست نمونه

b ) منحنی تنش و کرنش برای نقطه جاری شدن ( به وسیله انحراف 0.2 % )

c ) نمودار تنش و کرنش که فقط مقدار مخصوص تنش را پوشش دهد .

شکل 4 تا 6 نتایج کلی و ارائه هایی از نتایج آزمایشات شما را نشان می دهد .

a-2 ) مقدار زیر را به صورت خوبی تقریب زده و روی منحنی تنش و کرنش نمایان کنید .

b ) تنش برش مخصوص در پیچش

c ) مدول برش در ناحیه الاستیک ( مدول سختی )

d ) تنش جاری شدن در پیچش

e ) تنش نهایی

نتایج خود را با مقادیر تئوری در آزمایش 6061-T6 آلومنیوم مقایسه کنید .

خطاهای آزمایش را ارائه دهید و مقدار خطا را به وسیله نتایج تئوری و به درصد بیان کنید .

Southern Methodist University

ENCE/ME 2140 Mechanics of Materials Laboratory

Lab 3 – Torsion test for rectangular cross–section bars

Objective: To obtain the torque – angle of twist diagram for non–circular cross–section bars and determine the material characteristics such as the torsional stiffness K_t, the shear modulus G, and the ultimate shearing stress t_u.

Apparatus: Prismatic rectangular cross–section bar specimens, calipers, tape measure, and Tecquipment torsion test machine (see Figure 3.1).

Figure 3.1 Tecquipment torsion test machine, Mechanics of Materials Lab, SMU

Theory: A prismatic cross–section bar is a uniform bar whose cross–section is in the shape of a "prism." Examples of prismatic cross–section bars include circular, triangular, square, rectangular, and hexagonal sections. This experiment is a continuation of the previous experiment on the torsion of circular cross–section bars. In this experiment, a bar with rectangular cross section is tested. The torque will be graphed as a function of the angle of twist.

For a rectangular cross–section bar subjected to torque T, the maximum shearing stress t_max is given by

(1)

where a is the larger dimension, b is the smaller dimension, and coefficient c₁ depends on the ratio a/b, given in Table 3.1 (a>b). The angle of twist f is given by

(2)

where the coefficient c₂ depends on the ratio a/b and is given in Table 3.1 (a>b). The difference between torsion in circular and non–circular cross–section bars is that every cross section of a circular bar remains plane and undistorted, whereas non–circular bars have out–of–plane deformation (warping), see Figure 3.2.

Figure 3.2. A circular and a rectangular bar subjected to torsion (Picture from Beer, Johnston, and DeWolf 2002)

Table 3.1. Coefficients for rectangular bars in torsion

a/b	c1	c2
1.0	0.208	0.1406
1.2	0.219	0.1661
1.5	0.231	0.1958
2.0	0.246	0.2290
2.5	0.258	0.2490
3.0	0.267	0.2630
4.0	0.282	0.2810
5.0	0.291	0.2910
10.0	0.312	0.3120
∞	0.333	0.3330

Torsional stiffness K_t for a rectangular cross–section bar is

(5)

One can compute shear modulus G from torsional stiffness K_t. Once shear modulus G is computed, one can compute modulus of elasticity E from the following equation:

G = E / [2(1+n)] (6)

where n is the Poisson’s ratio.

Brief Procedure for Experiment:

1. Mount the specimen firmly in the Tecquipment torsion test machine.

آزمایش پیچش برای میله هایی با مقطع مستطیلی

هدف :

برای یافتن نمودار لنگر پیچشی بر اساس زاویه پیچش برای میله هایی با مقاطع دایروی و همچنین تعیین خصوصیات مواد ، نظیر سختی پیچش () ، مدول برش ( G ) و تنش نهایی برش () .

ابزار آزمایش :

نمونه منشوری با مقطع مستطیلی ، کولیس ، متر مخصوص اندازه گیری ، دستگاه تست پیچش Tecquipment ( شکل 3-1 را مشاهده فرمایید . )

تئوری : یک میله با سطح مقطع مستطیلی ، یک میله یکنواخت است که سطح مقطع آن به صورت منشور یکنواخت است . چند نمونه از میله های منشوری به صورت مقاطع دایروی ، مثلثی ، مربعی ، مستطیلی و شش گوشه ای است . این آزمایش ادامه آزمایش قبلی که روی میله هایی با مقاطع دایره ای بحث شد است . در این آزمایش یک میله با مقطع مستطیلی تست می شود و لنگر پیچش بر اساس تابعی از زاویه پیچش رسم خواهد شد .

برای یک سطح مقطع مستطیلی رابطه ی بین لنگر پیچش ( T ) و تنش برش ماکزیمم ( ) به صورت زیر است :

a : بزرگترین قطر

b : قطر کوچک

ضریب بستگی به مقدار دارد و در جدول 3-1 ( ) داده شده است .

زاویه پیچش ( ) توسط رابطه زیر محاسبه می شود :

 

ضریب : بستگی به مقدار دارد و توسط جدول 3-1 داده شده است .

تفاوت بین پیچش در مقطع میله های دایروی و غیر دایروی در این است که در مقاطع دایروی به همان صورت باقی مانده و اعواجاج پیدا نمی کند درحالی که در مقاطع غیر دایروی شکل مقطع دچار اختلال شده و تاب برمی دارد . شکل 3-2 را ببینید .

سختی پیچش برای مقاطع غیر مستطیلی از رابطه زیر به دست می آید :

می توانید مدول برش ( G ) را از سختی پیچش بدست آورید و همچنین مدول الاستپسیته را از رابطه ی زیر بدست آورید :

: نسبت پواسن است .

خلاصه ای از نحوه انجام آزمایش :

1 – نمونه را به صورت مناسب در دستگاه تست قرار دهید .

2 – مقدار طول ( L ) ، ابعاد a و b ( شکل 3-3 را ببینید . ) از مقطع مستطیلی اندازه بگیرید و همچنین ضریب و را از جدول 3-1 بیابید .

3 – بارگذاری پیچش را شروع کنید و این کار را به وسیله پیچاندن دسته به صورت مناسب بین 3 تا 5 درجه بپیچانید . مقدار گشتاور را به وسیله ضرب کردن نیرو در طول بازه (in5 ) بیابید .

4 – مقدار شیب خطی نمودار لنگر پیچش بر حسب زاویه پیچش را بیابید ، سختی برش برابر است و از این مقدار برای یافتن G استفاده کنید .

 

 

تعداد صفحات:98

متن کامل را می توانید دانلود نمائید چون فقط تکه هایی از متن در این صفحه درج شده (به طور نمونه) و ممکن است به دلیل انتقال به صفحه وب بعضی کلمات و جداول و اشکال پراکنده شده یا در صفحه قرار نگرفته باشد که در فایل دانلودی متن کامل و بدون پراکندگی با فرمت وردwordکه قابل ویرایش و کپی کردن می باشند موجود است.