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Structural Engineering

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Materialkonstanten

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Die meisten Konstruktion nutzt heute die Theorie der Elastizität und mehrere Materialkonstanten, um die Leistungskriterien einer Struktur zu schätzen.

Im Gegensatz zu der Produktion von Autos, zum Beispiel, wo Millionen von identische Kopien hergestellt werden, ist es möglich, eine umfangreiche Prototyp testen. Jeder hoch-und Tiefbau-Struktur ist einzigartig, und das Design stark stützt sich auf eine analytische Modellierung und verschiedenen Materialkonstanten.

Die zwei am häufigsten verwendeten Materialkonstanten in hoch-und Tiefbau-Design verwendet sind die Modulus Elastizität, die Belastung Belastung betrifft, und Poisson Verhältnis, was das Verhältnis von lateral längs Stämme ist.

In diesem Video werden wir messen Belastungen mit Geräten in der Regel in einem Bau-Materialien-Labor gefunden, und diese Mengen um zu bestimmen, die Materialkonstanten einer Aluminium-Leiste verwenden.

Das häufigste Modell für die Analyse ist lineare Elastizität oder Hookes Gesetz, das besagt, dass die angewandte Kraft direkt proportional zur Verformung.

In der Technik, ist Stress definiert als die Kraft pro Flächeneinheit, während Dehnung als die Veränderung der Dimension definiert ist bei einer Krafteinwirkung Umkippen durch die ursprüngliche Größe der Dimension unterteilt. Nach dem Gesetz Hookes Stress ist proportional mit Stamm, und die Konstante der Verhältnismäßigkeit ist die Konstante Elastizität. Wenn wir die Kraft, die Dehnung und die ursprüngliche Fläche messen können, können wir finden E. Dies ist der Sonderfall einer Einheit gerichtete Last.

Betrachten wir nun den allgemeinen Fall, wo ein Stück Struktur 3D Belastungen ausgesetzt ist. Wenn man ein X, Y, unterliegt Z-Koordinatensystem, an jedem beliebigen Punkt der Volumenkörper drei normalen Komponenten und schiere Dreikomponentensystem von Stress. Brechen die Gleichungen des Gleichgewichts für Kräfte und Momente auf allen Achsen ergibt sich eine Reihe von Gleichungen für die normale Belastung und die schiere Belastung.

Sechs Gleichungen dieser Art, drei für normale Belastungen und für reine Stämme sind notwendig, um die globale Verformungen zu etablieren. Diese Gleichungen enthalten drei Konstanten, die Modulus der Elastizität (E), Poisson Verhältnis (μ), und die schiere Modulus (G). Die schiere Modulus ist definiert als die Veränderung der eckigen Verformung der Scherung oder Oberfläche Traktion gegeben. Poisson Verhältnis ist definiert als das Verhältnis von Transversal längs belastet. Da G mit E und μ ausgedrückt werden kann, müssen nur zwei der drei Konstanten gemessen werden, um alle drei zu definieren.

Für den Zustand von Stress, vertreten in der X, Y, Z-Koordinatensystem, gibt es eine Entsprechung Darstellung auf ein neues Koordinatensystem des Prinzipals Achsen eins, zwei und drei, wo gibt es keine reine betont. Die Normalspannungen in diesem System werden Normal Hauptspannungen bezeichnet. Unter diesen gibt es eine Mindest- und bzw. Hauptspannung auf jeder Ebene. Der Zustand von Stress und Belastung auf einer Fläche wird bestimmt, wenn mindestens drei unabhängige Dehnungsmessungen vorgenommen werden.

Im Labor wird eine Rosette DMS, bestehend aus drei Dehnungsmessstreifen bei 45 Grad zueinander ausgerichtet verwendet, um die Belastung in drei verschiedene Richtungen messen. Von hier aus kann der vollständige Zustand des Druckes auf einer Oberfläche mit Mohrs Kreis, Berechnung der maximalen und minimalen hauptdehnungen und der Winkel zwischen der gemessenen Dehnungen und die hauptdehnungen definiert werden.

In diesem Experiment verwenden wir eine einfache Auslegerbalken instrumentiert mit Dehnungsmessstreifen zu illustrieren die Konzepte von hauptdehnungen und Spannungen und des Elastizitätsmoduls und der Poisson-Verhältnis zu messen.

Erhalten Sie eine regelmäßige Aluminium Bar, Abmessungen 12 Zoll 1 Zoll 1/4 Zoll. Ein Aluminium 6061-T6 oder stärker wird empfohlen.

Bohren Sie ein Loch an einem Ende des Balkens, als eine Ladestelle zu dienen, und markieren Sie eine Position auf dem Balken, ungefähr acht Zoll von der Mitte des Lochs, wo die Dehnungsmessstreifen installiert werden soll. Messen Sie Bereich des Balkens sorgfältig, mit Bremssättel. Führen Sie drei Wiederholungen an drei verschiedenen Orten, um ein guter Durchschnitt der Dimensionen zu erhalten. Berechnen Sie aus diesen Messungen das Trägheitsmoment des Balkens.

Als nächstes erhalten eine Rosette DMS mit einem Sensor Raster von ca. 1/4 Zoll Länge von 1/8 Zoll breit auf jeden Monitor. Hinweis: der Kalibrierfaktor oder Faktor zu messen. Markieren Sie die Stelle, wo die DMS installiert werden soll. Dann Entfetten Sie dieser Gegend, erhalten Sie eine sehr glatte Oberfläche zu, indem mit immer feineren Schleifpapier Schleifen, reinigen Sie die Oberfläche mit einem Neutralisator. Mischen Sie die Epoxy-Komponenten und installieren Sie die Dehnungsmessstreifen. Installation und Kleber Aushärten Verfahren sollten Herstellerspezifikationen folgen.

Achten Sie darauf, den Widerstand der Messgeräte mit einem Ohmmeter und deren Leckstrom zur Probe Bar bevor Sie fortfahren zu testen. Ein Mikro-Messungen 1300 DMS Tester wird hierin zu diesem Zweck verwendet werden. Wiederholen Sie die Schritte einer einzelnen Dehnungsmessstreifen längs auf der Oberfläche und direkt unterhalb der DMS-Rosette zu installieren.

Legen Sie die Probe in sicheren Schraubstock, der sicherstellt, dass die Aluminium-Träger als ein Auslegerbalken verhält. Schließen Sie nun, die Dehnungsmessstreifen an ein Aufnahmegerät. Stellen Sie sicher, dass die Verdrahtung korrekt gemäß den Stamm-Indikator-Anweisungen ist, und dass Sie wissen, welcher Kanal zu jeder DMS entspricht.

Geben Sie dann die entsprechenden Messgeräts Faktoren für jedes Messgerät in der Anzeige. Wenn möglich, Kalibrieren Sie die DMS-Ausgänge und die Stämme in der Anzeige. Stellen Sie sicher, Rekord anfangsbelastung und Stämme. Nun, gelten Sie langsam sieben Schritten von 0,5 Kilogramm an der Spitze des Strahls. Anhalten bei jedem Schritt und Messungen zur Stabilisierung vor der Aufnahme der Messwerte zu ermöglichen. Als nächstes wenden Sie langsam acht dekrementiert 0,5 Kilogramm. Achten Sie darauf, bei jedem Schritt anhalten und Messungen zur Stabilisierung vor der Aufnahme der Messwerte zu ermöglichen.

RAW-Daten in der Tabelle aufgeführten besteht die Schrittnummer Last, angewendeten Lasten, die Belastung aus der oberen Rosette DMS und die Belastung von einzelnen unten DMS. Der Anfangs- und Endwert Laststufen werden in den Berechnungen nicht verwendet werden, wie die Messwerte klein sind und nicht präzise Ergebnisse produzieren.

Als Nächstes berechnen Sie mit den Stamm-Werten aus der oberen Rosette DMS, die hauptdehnungen, der Winkel der Neigung und der Poisson-Verhältnis als das Verhältnis der maximalen minimalen wichtigsten Belastungen. Plotten der maximalen und minimalen hauptdehnungen entspricht Plotten der Längs- und Transfer-Stämme; und somit die Neigung dieser Linie entspricht Poisson Verhältnis. Der erhaltene Wert ist sehr nah an den allgemein anerkannten Wert von 0,3, und die R-squared Maßnahme zeigt sehr gute Linearität.

Eine gute körperliche Interpretation der Rosette DMS Daten kann vom Plotten die hauptdehnungen auf eine Mohrs Kreis gewonnen werden. Beachten Sie, dass die drei Messungen gezeigt hier für den Fall der Maximallast von 9,93 Pfund entspricht drei Punkte in den Kreisen im 90 Grad Winkel zueinander, beginnend in einem Winkel von etwa 27,4 Grad gegen den Uhrzeigersinn von der x-Achse.

Als nächstes vom die Lastwerte berechnen wir die Biegespannungen. Der Elastizitätsmodul erhält durch das Verhältnis zwischen der Spannung der wichtigsten maximale Belastung, die wir in Tabelle 2 berechnet hatte. Nun zeichnen Sie den Stress gegen Belastung, und berechnen Sie die Steigung dieser Linie, das Elastizitätsmodul entspricht. Der erhaltene Wert ist sehr nah an den theoretischen Wert von 10.000 KSI. Schließlich ziehen Sie die Mohrs Kreis für Flugzeug-Stress.

Materialkonstanten dienen zusammen mit theoretischen Modellen zu verbessern und optimieren das Design vieler engineering Produkte von Konsumgütern, Flugzeuge und Wolkenkratzern.

Für die Abdichtung der Fassade ein Backsteingebäude, muss der Ingenieur, unter anderem, wie viel Kraft bestimmen der Mörtel zwischen den Ziegelsteinen widerstehen kann, bevor es Risse. Unterschiedliche Berechnungsmodelle und Materialkonstanten werden eingesetzt, um zu entscheiden, welche Art von Mörtel für den Bau, basierend auf die Last, die wahrscheinlich die Fassade sehen gewählt werden sollte.

Bei der Gestaltung von einer Cola-Dose muss ein Hersteller die Wanddicke Aluminium minimieren, um die Kosten zu verringern. Vor dem Umzug in der Prototypenphase, theoretische Studien unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften können durchgeführt werden, um die Dose zu optimieren Form und Abmessungen.

Sie habe nur Jupiters Einführung in Material Konstanten beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen die Grundlagen der Theorie der Elastizität. Sie sollten auch wissen, wie zur Messung der Modulus Elastizität und der Poisson-Verhältnis, zwei grundlegende Materialkonstanten für praktische Anwendungen am meisten benutzt.

Danke fürs Zuschauen!

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