گزارش کار آزمایشگاه مقاومت مصالح آزمایش کمانش

بسم الله الرحمن الرحیم

گزارش کارآزمایشگاه مقاومت مصالح

آزمایش : کمانش

گروه 1

اعضای گروه : علی اصغر ساکت
شاهین فروتن
علیرضا علیپوری

تهیه کننده : علیرضا علیپوری

نام آزمایش: کمانش تیرها

هدف آزمایش:
بررسی کمانش ستون ها و یافتن طول موثر ( Le ) نیروی بحرانی،( Pcr ) و مدول الاستیسیته (E) درشرایط مرزی مختلف به صورت تجربی.
مقدمه :
هدف در این قسمت پایداری سازه می باشد یعنی توانایی سازه در نگهداری بار مفروض بدون ایجاد تغییر ناگهانی در پیکر بندی سازه می باشد . در اینجا ما سعی در بررسی سازه های ستونی یعنی تحلیل و طراحی عضوهای منشوری عمودی که بارهای محور عمودی را تحمل می کند .
شرح تئوری آزمایش:
تیرستون مستقیمی را تحت نیروی محوری قرار می دهیم. واضح است که حالت مستقیم همواره جوابی ازتعادل سیستم است ولی به ازاء مقادیر خامی از نیروی محوری که بستگی به مقطع ستون از نظر اینرسی طول و شرائط سر حدی ستون دارد و بغیر از حالت اولیه، ستون ، منحنی الاستیک دیگری می تواند جواب تعادل سیستم باشد.
در این آزمایش ما سه نوع ستون را مورد بررسی قرار می دهیم :
1- ستون های دو سر مفصل

2-ستون های دو سر درگیر

3-ستون های یک سر مفصل و یک سر درگیر

که درروابط بالا I ممان سطح مقطع ستون است وبرای یک ستون باسطح مقطع مستطیلی برابراست با:
I = (bh^3)/12
شرح دستگاه آزمایش:

دستگاه آزمایش متشکل از یک قاب می باشد که داراس سه تیر با تکیه گاههای مختلف می باشد.که این تیرها به ترتیب یک سر لولا، دو سر لولا و دو سر گیردار می باشند.
نکته مهم : هرکدام ازستون ها یک ماکزیمم بار(حدتحمل) دارند که بارگذاری ما نباید ازآن مقادیر بیشتر شود.این مقادیردرجدول زیر داده شده.
نوع ستون
دوسر مفصل
یک سردرگیر
دوسردرگیر
حداکثر بارگذاری(N)
350
600
700
وسایل آزمایش:
1- تیرفولادی نازک باشرایط مختلف تکیه گاهی
2- دستگاه کمانش شامل سنسور نیروی هیدرولیکی وساعت اندازه گیر و بدنه دستگاه
نحوه انجام آزمایش :
در این آزمایش روی تیر ستونها با سه شرائط مرزی ذکر شده در مرحله اول ازعدد150نیوتن دستگاه شروع میکنیم که صفرآزمایش است.هر مرحله50 نیوتن به بارگذاری قبلی اضافه میکنیم وآنقدر مقدار نیرو را اضافه کرده تا تیر ستون به ازاء کمترین مقدار بار کاملا کمانش کرده و دیگر باری را تحمل نکند. با اندازه گیری دو نقطه عطف روی منحنی الاستیک تیر ستون طول موثر بدست می آید و باری که این وضعیت رابوجودآوردباربحرانی است. از نتایج بدست آمده مقدارE را برای سه حالت حالت شرائط مرزی بدست آورده میانگین میگیریم.
ابعاد اندازه گیری شده ستون ها:

عرض
(mm)
طول
(mm)
ضخامت
(mm)
نوع ستون
20
700
4
دوسر مفصل
20
650
4
دو سر درگیر
20
650
4
یک سر مفصل یک سر درگیر

به ازای هربارگذاری، در ستون ها یک تغییر ایجاد میشود(ازلحاظ میزان شکم دهی) که میزان آن را درهرمرحله به وسیله ی دستگاه تغییرطول سنج می خوانیم.

اعداد و ارقام :
اعداد بدست آمده از آزمایش برای هرسه نوع ستون درسه جدول زیرآورده شده:

ستون دو سر مفصل
نیروP (N)
0
150
200
250
300
خیزδ (mm)
0
0.12
0.35
0.73
1.47

ستون یک سرگیردار
نیروP (N)
0
150
200
250
300
350
400
450
500
خیزδ (mm)
0
0.18
0.20
0.26
0.30
0.37
0.43
0.50
0.57

ستون دوسرگیردار
نیروP (N)
0
150
200
250
300
350
400
450
500
550
خیزδ (mm)
0
0.12
0.17
0.22
0.26
0.29
0.33
0.36
0.42
0.46

پاسخ سوالات :
1)
نوع ستون
ممان سطح مقطع ( (bh^3)/12= I)
حداکثرباراعمالی به ستون درآزمایش (N) P_max
باربحرانی تئوری
P_cr (N)
دوسرمفصل
106.6
300
444.7
یک سرگیردار
106.6
500
1031
دو سرگیر دار
106.6
550
2063

2)رسم نمودارهای سه حالت بیان شده با نرم افزارMATLAB :

1) ستون دو سر مفصل :

2) ستون یک سرگیردار :

3) ستون دوسرگیردار :

3) اهمیت کمانش درطراحی وقتی مطرح میشودکه بخواهیم قطعه ای را که تحت بارگذاری محوری قرارمیگیرد و ابعاد طولش از ابعاد سطح مقطعش خیلی بیشتر باشد، طراحی کنیم.چون طبق روابط موجود دربحث کمانش، طول تیر با نیروی محوری وارد به تیر رابطه عکس دارد و ما برای اینکه بخواهیم تیرما شکم ندهد باید با افزایش نیرو طول راکم کنیم یا سطح مقطع را افزایش دهیم و برعکس.
4) برای ساختمان سازی- درمهندسی پزشکی برای ساخت استخوان ازجنس پلاتین- ساخت انواع دکل ها- ساخت پل ها- ساخت جرثقیل- ساخت برخی جک ها- ساخت برخی ازدستگاه های مخصوص حفاری- ساخت انواع خرپا ها- ساخت ستون های نگه داری مخازن آب- ساخت انواع میز و صندلی- ساخت تخته شیرجه و …
5) بستگی به محل اثرنیروی عرضی، میتواند باعث کمانش بیشتر یا جلوگیری ازکمانش شود.