Лабораторная работа — шаг к исследовательской работе

Для обеспечения технического прогресса отечественной промышленности необходимы специалисты, обладающие теоретическими и общеинженерными знаниями. Наряду с другими предметами, важное место в инженерной подготовке студентов занимает дисциплина «Прикладная механика». В этом курсе будущий инженер получает основные сведения и навыки, необходимые для расчета и проектирования деталей, изделий, механизмов и машин. Здесь он впервые сталкивается с многообразием тесно связанных между собой факторов, влияющих на выбор того или иного решения поставленной исследовательской задачи. Нередки случаи, когда влияние отдельных факторов на несущую способность деталей, изделий и конструкций не может быть учтено теоретическим путем, а оценивается на основании практики их эксплуатации или результатов специально поставленных экспериментов.

С учетом опыта постановки и проведения лабораторных работ в МГТУ им. Баумана и других ведущих университетах России, на кафедре ДМ и ПМ ОГУ подготовлено пособие «Лабораторный практикум по прикладной механике».

Пособие содержит указания к выполнению 21 лабораторной работы по основным разделам курса. Тематика и содержание работ подчинены задаче освещения основных разделов курса «Прикладная механика», особенно трудных для усвоения студентами. В пособии приведены конструкции и описания экспериментальных установок, методики выполнения работ, образцы протоколов.

В зависимости от профиля выпускаемых специалистов и количества времени, отводимого на лабораторный практикум, студенты выполняют те или иные работы. Приведенные в пособии лабораторные работы рассчитаны на самостоятельное выполнение их студентами по руководством преподавателя. Для облегчения работы студентов приводится краткое изложение теоретических основ рассматриваемых вопросов.

В конце каждой работы приводятся вопросы, акцентирующие внимание студентов на основных положениях выполняемых исследований. Все это помогает исполнителю продумать сущность лабораторной работы и увязать ее с соответствующими разделами курса «Прикладная механика». В процессе выполнения лабораторных работ студенты осваивают методику проведения экспериментов и учатся проводить замеры деформаций и напряжений, усилий и крутящих моментов, определять перемещения и другие величины.

Содержание и методика лабораторных работ рассчитаны на то, чтобы каждая из них могла выполняться двумя студентами в течение одного занятия (два академических часа). При выполнении эксперимента очень важно получить наиболее точные результаты. С этой целью в ряде работ предусматривается повторение опыта. Для увеличения точности за результат замеров принимается среднее арифметическое значение нескольких показаний измерительного прибора.

Кроме лабораторных работ по испытанию материалов на растяжение и сжатие, для изучения свойств материалов и определения их основных механических характеристик, проводимых на стандартных разрывных машинах, в пособии представлены лабораторные работы с применением нестандартного оборудования. лабораторный работа подготовка студент Экспериментальное определение положения главных осей и главных напряжений, возникающих в стержне при нагружении его изгибающим и крутящим моментами, осуществляется методом тензометрии (рисунок 1).

Рисунок 1 Исследование плоского напряженного состояния методом тензометрии.

Проверка основных гипотез, используемых при решении задач на изгиб балки, осуществляется при испытании балки на изгиб (рисунок 2).

Рисунок 2 Испытание балки на изгиб.

Определение напряжений в точке контрольного сечения и перемещений, возникающих в балке при косом изгибе, и сопоставление полученных параметров с расчетными значениями, проводят путем испытания стержня на косой изгиб (рисунок 3).

Пружины широко используют в конструкциях в качестве виброизолирующих, амортизирующих, натяжных, динамометрических устройств. Экспериментальное и теоретическое построение характеристики пружины и определение напряжений, действующих в ее витках, осуществляют с использованием установки для испытания винтовой цилиндрической пружины растяжения (рисунок 4).

Рисунок 4 Испытание винтовой цилиндрической пружины растяжения.

Определение опытным путем прогибов, углов поворота сечений балки, величины опорной реакции и сравнение их с теоретическими значениями проводят на установке для исследования статически неопределимой балки (рисунок 5).

Рисунок 5 Исследование статически неопределимой балки.

Во многих инженерных задачах расчета конструкций внутренние силы в элементах не могут быть определены с помощью уравнений статики потому, что число неизвестных сил в этих конструкциях больше числа уравнений равновесия. Такие задачи называют статически неопределимыми. Для их решения систему уравнений равновесия дополняют недостающими уравнениями совместности деформаций, отражающими особенности работы конструкции, и соотношениями, выражающими зависимость перемещений элементов конструкций от сил. Замена статически определимой конструкции на статически неопределимую может быть обусловлена необходимостью снижения напряжений в элементах конструкций или уменьшения их податливости. Экспериментальное определение горизонтальной реакции в опорах один раз статически неопределимой рамы, полученной из статически определимой путем наложения дополнительной горизонтальной балки на подвижную опору, выполняется на установке для исследования напряженно-деформированного состояния в плоских рамах (рисунок 6).

Рисунок 6 Исследование напряженно-деформированного состояния в плоских рамах.

При сжатии короткие и толстые стержни обыкновенно разрушаются вследствие сдвига или образования локальных складок. Однако огромное количество сжатых конструкций (колонны, опоры, мачты, балки и др.), содержащих длинные и тонкие элементы, выходят из строя вследствие потери устойчивости. Исследование явления устойчивости стальных центрально сжатых стержней в упругой стадии, определение экспериментальных значений критических нагрузок и сравнение их с теоретическими, подсчитанными по формуле Эйлера, при разных опорных закреплениях стержней проводится на установке для исследования явления потери устойчивости сжатого стержня в упругой стадии (рисунок 7).

Рисунок 7 Исследование явления потери устойчивости сжатого стержня в упругой стадии.

При поперечном изгибе тонкостенного стержня в его сечениях возникают нормальные и касательные напряжения, однако преобладающими являются нормальные напряжения и ими в основном определяется прочность стержня. Экспериментальная проверка положения центра изгиба сечения, проверка закона распределения секториальных нормальных напряжений при стесненном кручении осуществляется на установке для испытания тонкостенного стержня открытого профиля на изгиб и кручение (рисунок 8).

Рисунок 8 Испытание тонкостенного стержня открытого профиля на изгиб и кручение.

Лабораторный практикум поможет студентам изучить теоретические основы курса «Прикладная механика», а также привить студентам навыки самостоятельной работы по исследованию механических свойств материалов, оценке прочности, жесткости и устойчивости элементов механизмов, машин и конструкций при различных видах нагружения. При выполнении лабораторных работ студенты познают физическую сущность прочности и надежности деталей машин, изделий и конструкций, а также осваивают методы их теоретического расчета и оценки практической работоспособности, что является шагом к исследовательской работе, проводимой квалифицированным специалистом в процессе производственной деятельности.