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Structural Engineering

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材料定数

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今日ほとんどの工学設計は構造物の性能基準を推定するのに弾力性といくつかの材料定数の理論を使用します。

たとえば、数百万の同一のコピーが行われる、車の生産と対照をなして豊富な試作が可能です。各土木構造物が一意であり、そのデザインは大幅に解析的モデリングと異なる材料定数に依存しています。

土木設計で使用される 2 つの最も一般的な材料定数、弾性応力をひずみに関係してポアソン比を縦に横ひずみの比であります。

このビデオでは私たちを測定する機器と応力・ひずみは通常建設材料研究室し、アルミ棒の材料定数を決定するこれらの量を使用します。

分析に使用される最も一般的なモデルは、線形弾力性や応用力が変形に比例を仮定するフックの法則です。

工学研究科は、単位面積あたりの荷重ひずみ、力を受けた時の寸法の変化として定義されますがそのディメンションの元の大きさで割ったように応力が定義されます。フックの法則によると応力はひずみに比例し比例定数は弾性定数。我々 は見つけることができます我々 は力、ひずみ、および元の領域を測定することができます、する場合 e.これは方向の単位負荷の特定のケースです。

構造の部分は 3 D 負荷に服従する、一般的なケースでは、今を見てみましょう。考えると、X、Y、Z 座標系、固形物は、任意の時点では 3 つの標準コンポーネントとストレスの 3 つの薄いコンポーネント対象です。通常のひずみと薄手のひずみの方程式のシリーズで結果速報力とすべての軸に沿ってモーメントの平衡の方程式。

このタイプの六つの方程式、普通株の 3 つ、純粋な緊張のため 3 グローバル変形を確立する必要があります。これらの方程式を含む 3 つの定数、係数の弾性率 (E)、ポアソン比 (μ) と薄い弾性率 (G)。薄い弾性率は、膨大なストレスや表面力を与えられた角変形の変化として定義されます。ポアソン比は、縦ひずみ、横の比として定義されます。G は、E、μ を使用して表現することができます、3 つの定数の 2 つだけすべての 3 つを定義するために測定する必要があります。

X で表される、ストレスの状態の Y、Z 座標系、同等があるプリンシパルの新しい座標系の表現軸、1 つ、2 つ、3 つ、全くストレスがないです。この特定のシステムでの垂直応力を主法線応力と呼びます。これらのうち、任意の平面に作用する最小値とそれぞれ最大主応力があります。面上の応力およびひずみの状態は、少なくとも 3 つの独立したひずみ測定が行われた場合に決定されます。

研究室、互いに 45 度に配置 3 つの歪みゲージから成るロゼットひずみゲージを使用して、3 つの異なる方向のひずみを計測します。ここから最大値と最小主ひずみと測定の系統と主ひずみの間の角度を計算するモールの円を使用して表面の圧力の完全な状態を定義できます。

この実験で主ひずみと応力の概念を説明し、ヤング率とポアソン比測定ひずみゲージを備えた単純な片持ち梁を使用します。

バーの入手、通常アルミニウム、寸法の 12 インチ 1 インチ 1/4 インチ。アルミニウム 6061-T6 または強くお勧めします。

読み込みポイントとして機能するビームの一方の端に穴を開けるし、ひずみゲージはインストールされている、穴の中心から約 8 インチ ビーム上の場所をマークします。キャリパーを使用して慎重に、バーの領域を測定します。寸法の平均的で良いを取得する 3 つの異なる場所に 3 つのレプリケートを実行します。これらの測定からバーの慣性モーメントを計算します。

次に、約 1/4 インチのセンサー グリッドとロゼットひずみゲージを取得 1/8 インチ各ゲージの幅が長い。校正係数に注意してくださいまたはゲージ要因。ひずみゲージをインストールする場所をマークします。その後、この地域を脱脂、徐々 に細かいグレードのサンドペーパーで研磨して平滑な表面を得る、中和剤で表面をきれいに。エポキシの成分をミックスし、ひずみゲージをインストールします。インストールと手順を硬化接着剤メーカーの仕様に従ってください。

オーム メーターと進む前に標本のバーに、リーク電流を使用してゲージの抵抗をテストすることを確認します。マイクロ測定 1300 ひずみゲージ テスターは、この目的のためのここで使用されます。表面に、ひずみゲージのロゼットのすぐ下縦 1 つの歪みゲージをインストールするのにはこれらの操作を繰り返します。

アルミ梁の片持ち梁として動作を保証するセキュリティで保護された副に試料を挿入します。今、ひずみゲージを録画デバイスに接続します。配線がひずみインジケーター指示に従って正しいチャネルが各ひずみゲージに対応していることを確認します。

インジケーターの各ゲージの適切なゲージ要因を入力します。可能であれば、インジケーターでは、ひずみゲージの出力を調整します。レコードの初期読み込みと系統を確認します。今、ゆっくりと梁端負荷の 0.5 キロの 7 単位を適用します。すべての段階で一時停止して測定値を記録する前に安定して測定可能します。次に、ゆっくりと 0.5 キログラムの 8 つのデクリメントを適用されます。すべての段階で一時停止し測定値を記録する前に安定させるために測定を許可することを確認します。

Raw データの表には、1 つ下のひずみゲージからひずみトップ ロゼットひずみゲージからひずみや荷重荷重ステップ番号で構成されます。測定値が小さいと正確な結果は得られません、最初と最後の負荷の手順は、計算には使用されません。

次を使用して主ひずみ、傾斜、およびポアソン比の角度が最小主ひずみへの最高の比率として計算上ロゼットひずみゲージから歪みの値。縦方向および伝達系統; を印刷に対応最大および最小主ひずみをプロットしたがって、この直線の傾きはポアソン比に対応しています。得られた値は 0.3 の一般に受け入れられた値に近いと乗 R 測定は、非常に良好な直線性を示します。

ロゼットひずみ計データの良い物理的解釈はモーのサークルの主ひずみのプロットから得られます。9.93 ポンドの最大負荷の例をここに示す 3 つの測定が始まる約 27.4 度、X 軸から反時計回りの角度を 90 度に円で 3 つのポイントに対応することに注意してください。

次に、負荷値から、曲げ応力を計算します。ヤング率は、我々 は、表 2 に計算していた最大の主ひずみ応力の比で与えられます。今、応力と歪みをプロットし、ヤング係数に対応するこの直線の傾きを計算します。得られた値は 10,000 KSI の理論値に近いです。最後に、平面応力のモールの円を描きます。

材料定数は、改善し、航空機、高層ビルに消費財から、多くのエンジニア リング製品の設計を最適化する理論モデルと組み合わせて使用されます。

れんが造りの建物のファサードを防水エンジニア決定する必要が、他の要因の間でどのくらいの力がそれがひび割れする前にレンガの間のモルタルに抵抗することができます。別の解析モデルと材料定数は、ファサードが表示されます可能性があります負荷に基づいて、建設のためモルタルの種類を選択する必要がありますを決定するために用いられます。

ソーダ缶のデザイン、メーカーはコストを削減するためにアルミニウム壁の厚さを最小限にする必要があります。試作品の段階に移動する前に理論を考慮して材質行われるかもしれない調査ことができますを最適化するために形状、寸法。

材料定数のゼウスの概要を見てきただけ。今、弾性論の基礎を理解する必要があります。また、弾性係数、ポアソン比、実用的なエンジニア リング アプリケーションで広く使用 2 つの基礎的材料定数を測定する方法を知っておくべき。

見てくれてありがとう!

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