3.2.2 Экспериментальное определение температурных напряжений
- Информация о материале
- Родительская категория: Раздел 3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ ДЛЯ УГЛУБЛЕННОГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ В КОНТЕКСТЕКОМПЕТЕНТНОСТНОГО ПОДХОДА В ОБУЧЕНИИ
- Категория: 3.2 Исследование деформаций и напряжений в нагруженных элементах статически неопределимых конструкций
- Опубликовано: 03.11.2016 09:54
- Просмотров: 731
В элементах статически неопределимой системы могут возникать напряжения при отсутствии внешних сил, но вследствие изменения температуры.
В реальных конструкциях температурные напряжения могут достигать значительных величин. Поэтому нужно принимать конструктивные меры для того, чтобы уменьшить эти напряжения.
При нагревании защемленного с одного конца стального трубчатого стержня длиной 1 на температуру ∆t его поперечные и продольные размеры увеличиваются. Увеличение длины ∆1 по формуле, известной по физике, составит
∆ltem = αtl∆t
где αt - температурный коэффициент теплового линейного расширения материала стержня.
Так как никаких препятствий к удлинению стержня нет, то внутренние усилия в нем в данном случае не возникают.
При нагревании на температуру ∆t стержня, заделанного двумя концами (рисунок 3.71), возникают внутренние сжимающие усилия, так как вторая заделка препятствует его удлинению.
Рисунок 3.70 Напряжения в статически неопределимой конструкции (вертикальный, защемленный с обеих сторон стержень) при растяжении в зависимости от действия внешней силы: σтс и σэс, σтд и σэд - соответственно теоретические и экспериментальные напряжения в точках С и Д
Рисунок 3.71 Установка для изучения температурных напряжений
Для определения температурного напряжения σtem в поперечном сечении стержня, мысленно отбросим одну из заделок. Тогда стержень имеет возможность удлиняться на величину
∆ltem = αtl∆t .
Температурные напряжения после преобразований определяются по формуле:
σtem =E αt∆t
Экспериментальная установка [31] представляет собой стальной трубчатый тонкостенный стержень I, заделанный с обеих концов (рисунок 3.71а).
На стенке трубчатого стержня сверху сделано продолговатое отверстие для того, чтобы можно было равномерно нагревать стенку трубы до определенной температуры ∆t при помощи теплоносителя (нагретым воздухом или нагретой жидкостью). Температура стенки до и после нагревания измеряется термометром или термопарой.
Для измерения относительной деформации трубы при нагревании на ∆t на ее наружной поверхности параллельно оси симметрии трубы наклеен рабочий тензометрический датчик РД. Компенсационный тензометрический датчик КД наклеен на отдельной стальной пластинке, причем температурные условия рабочего и компенсационного тензодатчиков должны быть одинаковыми.
По результатам экспериментального определения относительной деформации ɛe1 стержня при повышении температуры на ∆t , пользуясь законом Гука, определяются температурные напряжения
Рисунок 3.71а Определение тепловых напряжений
Рисунок 3.72 Тепловые напряжения в точках стенки трубы в зависимости от температуры нагревания: σт и σэ — соответственно теоретические и экспериментальные напряжения
Температурные напряжения в трубе определяются при тепловых режимах ∆t1 , ∆t2 и ∆t3.
Результаты опытов представлены в приложении 3.20.
На рисунке 3.72 показана зависимость напряжения от изменения температуры нагревания стенки трубы.