Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education Library
Structural Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 

Constantes de matériau

Article

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

La plupart de conception technique utilise aujourd'hui la théorie de l’élasticité et plusieurs constantes de matériau pour estimer les critères de performance d’une structure.

Contrairement à la production de voitures, par exemple, où des millions d’exemplaires identiques sont faites, un prototype de vaste essais est possible. Chaque ouvrage de génie civil est unique, et sa conception s’appuie largement sur une modélisation analytique et constantes matérielles différentes.

Les deux constantes de matériau plus courantes utilisées dans la conception de génie civil sont le module d’élasticité, qui concerne contrainte déformation, et le coefficient de Poisson, c'est-à-dire le rapport entre des souches latérales et longitudinale.

Dans cette vidéo, nous mesurerons contrainte et de déformation avec équipement typiquement trouvé dans un laboratoire de matériaux de construction et utilisent ces quantités pour déterminer les constantes matérielles d’une barre en aluminium.

Le modèle le plus courant utilisé pour l’analyse est élasticité linéaire, ou loi de Hooke, qui postule que la force appliquée est directement proportionnelle à la déformation.

En génie, le stress se définit comme la force par unité de surface, alors que la souche est définie comme le changement de dimension lorsqu’elle est soumise à une force, divisé par la grandeur originale de cette dimension. Conformément à la Loi de Hooke, le stress est proportionnel avec la souche et la constante de proportionnalité est la constante d’élasticité. Si nous pouvons mesurer la force, la souche et la zone d’origine, nous pouvons trouver E. C’est le cas notamment d’une unité de charge directionnel.

Regardons maintenant le cas général où un morceau de structure est soumis à des charges 3D. Compte tenu d’un X, Y, Z repère, à un moment donné le corps solid est soumis à trois composantes normales et trois composants pure du stress. Briser les équations d’équilibre des forces et des moments sur tous les axes se traduit par une série d’équations pour la souche normale et la souche pure.

Six équations de ce type, de trois souches normales et trois pour les souches pure, sont nécessaires pour établir les déformations globales. Ces équations contiennent trois constantes, le module d’élasticité (E), Ratio (μ de Poisson) et le module pure (G). Le module pure est défini comme la variation de la déformation angulaire, compte tenue du stress pure ou la traction de surface. Coefficient de poisson est défini comme le rapport de transversal à déformation longitudinale. Puisque G peut être exprimée à l’aide de E et μ, seulement deux des trois constantes devront être mesurés afin de définir tous les trois.

Pour l’état de stress, représenté dans le X, Y, Z repère, il existe un équivalent représentation sur un nouveau système de coordonnées des principaux axes d’un, deux et trois, où il n’y a aucun stress pure. Les contraintes normales dans ce système particulier sont appelées contraintes principales de Normal. Parmi ceux-ci, il y a une contrainte principale minimale et maximale respectivement agissant sur n’importe quel avion. L’état de contrainte et de déformation sur une surface est déterminé si au moins trois mesures de contraintes indépendantes sont effectuées.

En laboratoire, une jauge de contrainte de rosette composée de trois jauges alignés à 45 degrés par rapport à l’autre, sert à mesurer la déformation dans trois directions différentes. De là, l’état complet de contrainte sur une surface peut être défini en utilisant le cercle de Mohr, pour calculer les déformations principales maximales et minimales et l’angle entre les souches mesurées et les déformations principales.

Dans cette expérience, nous allons utiliser une poutre en porte-à-faux simple instrumentée avec des jauges de contrainte pour illustrer les notions de contraintes et les déformations principales et de mesurer le module de Young et le coefficient de Poisson.

Pour obtenir une barre d’aluminium ordinaire, de dimensions 12 pouces par 1 pouce 1/4 de pouce. Un aluminium 6061-T6 ou plus est recommandé.

Percer un trou à une extrémité de la poutre pour servir de point de chargement et marquer un emplacement sur la poutre, environ huit pouces du centre du trou, où seront installés les jauges de contrainte. Zone de la barre de mesurer soigneusement, à l’aide d’étriers. Jouer trois répétitions dans trois endroits différents, pour obtenir une bonne moyenne des dimensions. Ces mesures, de calculer le moment d’inertie de la barre.

Ensuite, obtenir une jauge de contrainte de rosette avec une grille de détection d’environ 1/4 pouce de long par 1/8 pouce de large sur chaque jauge. Noter le facteur d’étalonnage ou facteur de jauge. Marquer l’emplacement où sera installée la jauge de contrainte. Dégraisser ensuite, ce domaine, obtenir une surface très lisse en ponçant avec progressivement plus fines nuances de papier de verre, nettoyez la surface avec un neutralisant. Mélanger les composants de l’époxy et installer les jauges de contrainte. Installation et procédures de polymérisation de la colle devraient suivre les spécifications du fabricant.

Veillez à tester la résistance des jauges à l’aide d’un ohmmètre et leur fuite de courant à la barre de l’échantillon avant de procéder. Un testeur de jauge de contrainte de 1300 micro-mesures sera utilisé dans les présentes à cette fin. Répétez ces opérations pour installer une jauge de contrainte unique longitudinalement sur la surface et à l’aplomb de la rosette de jauge de contrainte.

Introduire l’échantillon dans un étau sécurisé, qui garantit que la poutre en aluminium se comportent comme une poutre encastrée. Branchez ensuite les jauges de contrainte à un appareil d’enregistrement. Assurez-vous que le câblage est correct, conformément aux instructions d’indicateur de souche, et que vous savez quel canal correspond à chaque jauge de contrainte.

Puis, entrez les facteurs de calibre approprié pour chaque jauge dans l’indicateur. Si possible, calibrer les sorties de jauges de contrainte et les souches dans l’indicateur. Assurez-vous de souches et de la charge initiale record. Maintenant, appliquer lentement sept par incréments de 0,5 kg de charge à l’extrémité de la poutre. Pause à chaque étape et permettre des mesures stabiliser avant d’enregistrer des lectures. Ensuite, appliquer lentement huit décrémente de 0,5 kg. Assurez-vous de faire une pause à chaque étape et permettre des mesures stabiliser avant d’enregistrer des lectures.

Les données brutes indiquées dans le tableau comprend le nombre d’étape de charge, charges appliquées, la souche de la jauge de contrainte supérieure rosette et la souche de la jauge de contrainte unique bas. Les étapes de charge initiale et finale ne doit pas servir dans les calculs, que les lectures sont petites et ne produira pas de résultats précis.

Ensuite, en utilisant les valeurs de déformation de la jauge de contrainte supérieure rosette, calculer les déformations principales, l’angle d’inclinaison et le coefficient de Poisson comme le ratio du maximum au minimum déformation principale. Traçant les déformations principales maximales et minimales correspond à tracer les souches longitudinales et le transfert ; et donc, la pente de cette droite correspond au coefficient de Poisson. La valeur obtenue est très proche de la valeur généralement acceptée de 0,3 et la mesure de R au carré indique très bonne linéarité.

Une bonne interprétation physique des données rosette jauges de contrainte peut être tirée de tracer les déformations principales sur le cercle de Mohr, un. Notez que les trois mesures ci-contre dans le cas de la charge maximale de 9,93 livres correspond à trois points dans les milieux à 90 degrés à l’un de l’autre, commençant par un angle d’environ 27,4 degrés, dans le sens inverse de l’axe des X.

Ensuite, les valeurs de charge, nous calculons les contraintes de flexion. Le module de Young est donné par le rapport de la contrainte de la souche principale maximale, dont nous avions calculé dans le tableau 2. Maintenant, tracez le stress par rapport à la souche et calculer la pente de cette ligne, qui correspond au module de Young. La valeur obtenue est très proche de la valeur théorique de 10 000 KSI. Enfin, dessiner cercle de Mohr des contraintes planes.

Constantes de matériau sont utilisés avec les modèles théoriques pour améliorer et optimiser la conception de nombreux produits d’ingénierie, de biens de consommation pour les avions et les gratte-ciels.

Pour l’étanchéité de la façade d’un bâtiment en briques, l’ingénieur doit déterminer, entre autres facteurs, quelle force le mortier entre les briques peut résister avant il craque. Différents modèles analytiques et constantes matérielles sont employés afin de décider quel type de mortier devrait être choisi pour la construction, selon la charge que la façade sera probablement voir.

Dans la conception d’une canette de soda, un fabricant doit minimiser l’épaisseur de la paroi en aluminium afin de réduire les coûts. Avant de passer à la phase de prototype, études théoriques prenant en compte les propriétés du matériau peuvent être effectuées afin d’optimiser la boîte forme et les dimensions.

Vous avez juste regardé Introduction de JoVE aux constantes de matériau. Vous devez maintenant comprendre les rudiments de la théorie de l’élasticité. Vous devez également savoir comment mesurer le module d’élasticité et le coefficient de Poisson, les deux constantes de matériau fondamentales employé couramment pour des applications pratiques de génie.

Merci de regarder !

Read Article

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter