«Испытание стальной двутавровой балки при плоском поперечном изгибе»
Цель работы: изучение методики испытаний балки на изгиб; определение напряжений и перемещений при изгибе балки; экспериментальная оценка прочности и жесткости балки.
Постановка работы. Элемент сложной конструкции в виде нагруженной силой Р стальной 
двутавровой балки работает в условиях поперечного изгиба. При проектировании конструкции выполнены расчеты на прочность и жесткость. На стадии приемки в эксплуатацию или после определенного срока работы возникла необходимость экспериментальной оценки прочности и жесткости балки. С этой целью в характерных сечениях и слоях балки установлены рычажные тензометры: Т1 (максимальное напряжение 
, 
); Т2 (по нейтральному слою; 
);Т3 (произвольные сечение и слой, например 
, 
);Т4 (опасное сечение Qymax; нейтральный слой; под углом 450 – по направлению главной деформации ФОРМУЛА) – для измерения деформаций, а также индикатор часового типа (ИЧТ) для регистрации максимального прогиба f балки. База тензометров 
, коэффициент увеличения к = 1000. Цена деления ИЧТ 0,01 мм. В процессе испытаний на машине ГРМ-1 регистрировался ряд промежуточных значений рабочей нагрузки Р, показаний тензометров Т1…Т4 и ИЧТ, которые занесены в таблицу. 
Схема балки с установленными тензометрами.
Таблица. Результаты испытаний стальной двутавровой балки на изгиб.
| N о.п. | P, кН |  , кН
| Показания тензометров, мм, и ИЧТ, дел. | |||||||||
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| |||
| - | 0, | - | - | - | - | - | ||||||
| 19,5 | 17.5 | 4,5 | 12,5 | 2.5 | 5,5 | 0.5 | ||||||
| 17.5 | 8,5 | 14,5 | 0.5 | |||||||||
| 54,5 | 17.5 | 12,5 | 17,5 | |||||||||
| 17.5 | 16,1 | 3,6 | 2,5 | 7,3 | 0.3 |
Требуется: определить экспериментальные приращения нормальных 
, 
, 
и касательных 
напряжений; прогиба 
, на ступень нагружения; вычислить соответствующие теоретические величины 
, 
, 
, 
, 
, оценить расхождение результатов расчета и эксперимента; дать заключение по прочности и жесткости балки при допускаемых напряжениях 
, 
и допускаемом прогибе 
.
1. Проводим обработку экспериментальных данных табл. И получим на ступень нагружения средние приращения нагрузки: 
; показаний тензометров: 
, 
(нейтральный слой), 
, 
, индикатора часового типа:
2. Экспериментальные приращения относительных деформаций в слоях установки тензометров Т1…Т3:
3. Используя закон Р. Гука при растяжении 
, находим экспериментальные приращения напряжений:
4. Тензометр Т4, установленный под углом 450, измеряет относительную главную деформацию 
. Экспериментальное приращение главной деформации
В перпендикулярном к 
, направлении соответствующее приращение главной деформации 
.
5. Материал балки в области установки тензометра Т4 работает в условиях чистого сдвига, когда главные напряжения 
, 
, а главные деформации 
. С учетом этого, применяя обобщенный закон Гука, определяем экспериментальные касательных напряжений от максимальной поперечной силы
6. Экспериментальное приращение прогиба 
7. Расчетные приращения нормальных напряжений в местах установки тензометров Т1…Т3.
= 
; 
8. Расчетные приращения касательных напряжений в месте установки тензометра Т4 определяется по формуле Д.И. Журавского
9. Расчетные приращения прогиба балки на ступень нагружения
10. Расхождение результатов расчета и эксперимента:
Небольшие расхождения результатов расчета и эксперимента подтверждают приемлемость гипотезы плоских сечений при изгибе.
11. Для оценки прочности балки находим экспериментальное максимальное напряжение в опасном сечении балки при 
:
что больше допускаемого напряжения 
на %
12. Проверяем выполнение условия прочности балки по касательным напряжения от действия максимальной поперечной силы:
13. Для оценки жесткости балки вычисляем экспериментальный максимальный прогиб балки:
Если полученные в результате испытаний балки нарушения условий прочности и жесткости недопустимы, то следует рекомендовать усилить (используя, напр. сварку) сечение опасного участка балки или несколько ограничить максимальную нагрузку.
Выводы:
1. Изучена методика испытаний стальной двутавровой балки на плоский поперечный изгиб.
2. Полученный экспериментальные и расчетные значения приращения напряжений и прогибов балки на ступень нагружения. Расхождения результатов расчета и эксперимента показывают, то теория изгиба балок может использоваться в инженерных расчетах.
3. Выполнена экспериментальная оценка прочности и жесткости балки. Даны рекомендации при недопустимых нарушениях условий прочности и жесткости балки.