Методика проведения испытаний

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 9Следующая ⇒

В работе проводиться испытание клеефанерного элемента, который является фрагментом клеефанерного щита и состоит из двух продольных ребер и приклеенной к ним фанерной обшивки. Нагружение элемента осуществляется четырьмя сосредоточенными силами (рис. 10.2). Прогиб элемента посередине пролета определяется при помощи прогибомеров П1 и П2. Относительные деформации по сечению элемента в средней части определяются при помощи тензорезисторов. Схема расстановки тензорезисторов приведена на рисунке 10.3. Нагружение элемента осуществляется ступенями ∆ Р=0, 4кН и доводится до максимальной нагрузки Р=1, 2кН, что соответствует упругой области работы элемента. На нулевой и последней ступени нагружения снимаются показания тензорезисторов и заносятся в таблицу 12. Отсчеты по прогибомерам снимаются на каждой ступени нагружения и заносятся в таблицу 14.

Рис.11.2. Схема испытания клеефанерного элемента

Рис. 11.3. Схема расстановки тензорезисторов.

Обработка результатов испытаний

Определяются приращения показателей тензорезисторов по отношению к нулевой ступени погружения и записываются в графу 4 таблицы 14 со своими знаками. Затем в каждом сечении элемента (сечения на рис. 10.3 обозначены цифрами в кружочках) определяются относительные деформации как среднее арифметическое ∆ Т тех тензорезисторов, которые находятся в соответствующем сечении.

Для определения нормальных напряжений принимаются модули упругости для древесины Е₀ =10000 МПа.

В таблице 16 значение ∆ u₁ и ∆ u₂определяются как приращение по отношению к нулевой ступени нагружения. По значениям нормальных напряжений (экспериментальные – таблица 14, теоретические – таблица 15) строятся эпюры по высоте сечения, а по значениям деформаций – графики прогибов (таблица 16 графа 6).

Таблица 14

Протокол снятия показаний тензорезисторов при нагружении элемента

Порода____________	Температура воздуха, ^ОС ___________
	Скорость нагружения (кН/мин)__________	Влажность воздуха, % ___________

№№ тензорезисторов	Т × 10^-5	Сечения элементов	Относительные деформации, e× 10^-5	Нормальные напряжения σ =eЕ, МПа
При Р=0	При Р=1, 2 кН	∆ Т

Т₁
Т₂
Т₃
Т₄
Т₅
Т₆
Т₇
Т₈
Т₉
Т₁₀
Т₁₁
Т₁₂
Т₁₃

Таблица 15

Протокол показания прогибомеров при нагружении элементов

Ступень нагружения Р, кН	u₁, мм	∆ u₁, мм	u₂, мм	∆ u₂, мм	u=(u₁+ u₂)/2 мм


0, 4
0, 8
1, 2

Таблица 16

Протокол результатов испытаний

Показатели	Расчеты
Порода древесины:
- ребер
- фанерной обшивки
Размеры, мм
Максимальные теоретические напряжения, МПа:
в обшивке
в ребре
Максимальные теоретический прогиб при Р=1, 2 кН, см
Среднее значение нормальных напряжений в обшивке, МПа
Коэффициент неравномерности нормальных напряжений по ширине обшивки

Рис. 10.4. Распределение нормальных напряжений по высоте сечения клеефанерного элемента: а) – экспериментальные; б) теоретические.

Рис.10.5. Распределение нормальных напряжений по ширине сечения клеефанерного элемента.

Рис. 10.6. Зависимость деформации от нагрузки: а) экспериментальные; б) теоретические.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается особенности расчета клеефанерных конструкций?

2. Почему нормальные напряжения по ширине обшивки распределяются неравномерно?

Лабораторная работа №12

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛАССОВ ПРОЧНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ

Цель работы – ознакомление с методикой определения значений предела прочности при изгибе вдоль волокон, модуля упругости и плотности древесины для оценки пиломатериалов в соответствии с классами прочности.

Теоретические сведения

В соответствии с требованиями EN 14081-1 «Деревянные конструкции. Древесина конструкционная прямоугольного сечения, сортированная по прочности. Часть 1. Общие требования». для определения класса прочности пиломатериалов для изготовления деревянных конструкций должны быть определены три основных параметра: нормативное значение прочности и среднее значение модуля упругости древесины при изгибе вдоль волокон, а также её плотность. Нормативное значение прочности, среднее значение модуля упругости вдоль волокон и плотности древесины определяются путём испытаний соответствующих образцов. Образцы отбираются и изготавливаются из пиломатериалов отсортированных механизированным или визуальным способом и маркированных одним сортом.

Партия пиломатериалов может быть отнесена к тому или иному классу прочности, если нормативные значения прочности при изгибе и плотности древесины больше или равны значениям класса прочности и среднее значение модуля упругости вдоль волокон соответствует или превышает 95% значения для класса прочности.

Описание оборудования

Для определения прочности при изгибе, модуля упругости вдоль волокон и плотности древесины используется следующее оборудование:

- машина испытательная с устройством для записи нагрузки с масштабом не более 100 Н/мм и прогиба образца с масштабом не более 0, 2 мм/мм. Допускается испытательная машина с записывающим устройством по ГОСТ 7855 с погрешностью измерения нагрузки не более 1%, а для нагрузок менее 10% от максимального значения – с погрешностью не более 0, 1% максимальной нагрузки;

- приспособление, состоящее из основания с опорами и двумя нагружающими элементами;

- прибор для измерения расстояний с погрешностью измерения не более 1мм;

- индикатор часового типа по ГОСТ 577 для измерения прогиба с погрешностью не более 0, 01 мм.

- штангенциркуль по ГОСТ 166 с погрешностью измерения не более 0, 1 мм;

- весы аналитические с погрешностью взвешивания не более 0, 001 г;

- электровлагомер кондуметрического типа с погрешностью измерения влажности в интервале 8-30% не более ±3, 5%;

- бюксы с притёртыми крышками;

- эксикаторы с безводным хлористым кальцием или серной кислотой концентрацией не ниже 94% (плотностью 1840 кг/м³).

Схема испытаний

При определении предела прочности при изгибе и модуля упругости вдоль волокон испытываемый образец нагружают при помощи приспособления обеспечивающего симметричный относительно опор изгиб образца. Расстояние между центрами опор должно составлять 18 высот образца. Расстояние между центрами нагружающих элементов должно составлять 1/3 расстояния между центрами опор. Испытываемый образец должен быть свободно опёртым. Схема установки для определения прочности пиломатериалов при изгибе приведена на рис.11.1. Схема установки для определения модуля упругости древесины пиломатериалов вдоль волокон приведена на рис.11.2.

Рис.12.1. Схема установки для определения прочности пиломатериалов при изгибе

Рис.11.2. Схема установки для определения модуля упругости древесины пиломатериалов вдоль волокон

Порядок проведения работы

Для проведения испытаний используют образцы натурных размеров, отличающиеся от пиломатериалов только длиной. Длина образца должна быть от 19 до 22 высот образца. За высоту образца принимают размер поперечного сечения в направлении приложения нагрузки. Каждый образец выпиливают таким образом, чтобы сортоопределяющий участок был расположен в средней трети длины образца. Количество образцов для испытаний 15 штук.

Испытания проводят на образцах прошедших кондиционирование при стандартной температуре окружающей среды (20±2)º С и относительной влажности воздуха (65±5)% и имеющих нормализированную влажность.

На первом этапе испытаний определяют предел прочности при изгибе трёх образцов. На середине длины образца измеряют его высоту и ширину. Образец устанавливают в приспособление для испытаний (рис.11.1). Измеряют расстояние от точки приложения нагрузки до ближайшей опоры. Нагрузка на образец прикладывается при постоянной скорости перемещения нагружающих элементов. Скорость должна быть такой, чтобы максимальное значение нагрузки было достигнуто через (300±120)с. Испытания продолжают до разрушения образца. Нагрузку (P_max), при которой произошло разрушение, определяют по максимальному показанию силоизмерителя испытательной машины с погрешностью не более цены деления шкалы. Предельное значение шкалы не должно разрушающую нагрузку более чем в три раза. При испытаниях регистрируют характер разрушения и время до разрушения каждого испытываемого образца, рассчитывают среднюю скорость перемещения нагружающей головки испытательной машины или скорость нагружения и заносят в протокол испытаний. Отклонения более чем на 120с от значения 300с отмечают в графе примечания. Среднее значение разрушающей нагрузки (P_max) используют для дальнейших испытаний по определению модуля упругости древесины вдоль волокон.

На втором этапе определяют предел прочности при изгибе и модуль упругости древесины вдоль волокон двенадцати образцов. На середине длины образца измеряют его высоту и ширину. Образец устанавливают в приспособление для испытаний. Измеряют расстояние между опорами и расстояние от точки приложения нагрузки до ближайшей опоры. При использовании испытательной машины без записывающего устройства устанавливают индикатор часового типа для измерения прогиба. Прогиб w измеряется на середине пролёта, на растянутой или сжатой кромке – в плоскости симметрии поперечного сечения образца (рис.11.2). Прогиб w включает локальные смятия, которые могут возникнуть у опор и нагружающих элементов. Нагрузку на образец прикладывают непрерывно при постоянной скорости перемещения нагружающих элементов. Скорость перемещения нагружающих элементов не должна превышать 0, 003h мм/с. Прогиб измеряется через равные интервалы приращения нагрузки 300 Н, пока нагрузка не достигнет значения 0, 4 среднего значения F_max. После этого индикатор убирают и продолжают нагружение до разрушения образца. Нагрузку (P_max), при которой произошло разрушение, определяют по максимальному показанию силоизмерителя испытательной машины с погрешностью не более цены деления шкалы.

После испытания определяют влажность древесины образца электровлагомером как можно ближе к месту разрушения. Количество замеров должно быть не менее двух. Среднее значение полученных результатов является влажностью образца в момент испытаний. Также фиксируется температура воздуха и значение относительной влажности воздуха в лаборатории. Эти данные заносятся в протокол испытаний.

Плотность древесины определяют на пробе, вырезанной из образца после его испытаний. Проба должна содержать полное сечение образца и иметь толщину около 20 мм. Проба должна быть отобрана на минимально возможном расстоянии от места разрушения, не должна иметь свилеватости и включений смолы. Геометрические размеры пробы измеряют с погрешностью не более 0, 1 мм. Массу пробы определяют в бюксах с погрешностью не более 0, 001г.

Таблица 17

ПРОТОКОЛ

испытаний по определению предела прочности при статическом изгибе, модуля упругости вдоль волокон и плотности древесины

Дата испытаний ______________________________________

Порода древесины ____________________________________

Условия проведения испытаний:

Температура воздуха в лаборатории, º С ______________________

Относительная влажность воздуха, % ________________________

Максимальная разрушающая нагрузка F_max, Н _________________

Время до разрушения образца, с _________________

Скорость перемещения нагружающей головки испытательной машины, мм/мин, или скорость нагружения, МПа/с _______________

Размеры пробы для определения плотности древесины:

ширина, мм ________________

высота, мм _________________

толщина, мм _______________

Масса пробы, г __________

Мар-кировка образ- ца	Размеры поперечного сечения образца, мм	Расстояние от точки приложения силы до ближайшей опоры , мм	Расстоя-ние между центрами опор , мм	Нагруз- ка Р, Н	Показания индика- тора, мм	Влаж- ность образ-ца, W, %	Плот- ность образ- ца, ρ, кг/м³
ширина b	толщи-на h

Примечания:

Характер разрушения:

Подпись _____________ Расшифровка подписи _________________

Дата __________________

Анализ результатов. Выводы

Предел прочности образца при изгибе определяют по формуле

где - разрушающая нагрузка, Н; - расстояние от точки приложения нагрузки до ближайшей опоры, мм; - момент сопротивления поперечного сечения образца, мм³.

Предел прочности вычисляют с точностью 1%.

Модуль упругости древесины вдоль волокон определяют по формуле

где Р₂ –Р₁- прирост нагрузки на прямолинейном участке зависимости «нагрузка-прогиб», Н; - прирост прогиба, соответствующий приросту, Р₂ –Р₁мм; - расстояние между точкой приложения нагрузки и ближайшей опорой, мм; - расстояние между опорами, мм.

Модуль упругости вычисляют с точностью 1%.

Плотность древесины образца определяют по формуле

где - масса пробы, кг;

- размеры пробы, м;

- объём пробы, м³.

Проводят статистический анализ нормативных значений показателей прочности, модуля упругости и плотности древесины, полученные в результате испытаний образцов выборки. По результатам статистического анализа делают вывод об отнесении пиломатериалов к соответствующему классу прочности.

Для применения пиломатериалов данного класса прочности в конструкциях находят расчетные значения X_d для прочностных характеристик по формуле:

где - нормативное значение прочностных свойств;

- частный коэффициент свойств материала;

- коэффициент модификации, учитывающий эффект длительности нагрузки и содержание влаги.

Значения приведены в табл.2.3, а - в табл.3.1 EN 1995-1-1.

Вопросы для самоподготовки

1. Чем отличаются понятия нормативное значение предела прочности класса прочности и нормативное значение предела прочности сорта пиломатериалов?

2. Пояснить термин нормализованная влажность.

3. Как производится измерение влажности образца?

4. При каких значениях нагрузки определяются прогибы для расчёта модуля упругости?

5. Как вырезается проба для определения плотности древесины образца?

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 Следующая ⇒