ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ І КОНСТРУКЦІЙ

В результаті вивчення даного розділу студент повинен:

знати

  • • можливості сучасних будівельних матеріалів;
  • • набір існуючих випробувальних машин, установки, пристосування і вимірювальні пристрої для проведення експериментальних робіт;

вміти

  • • проводити експериментальні дослідження конструкційних матеріалів і конструкцій;
  • • використовувати в реальному проектуванні знання фізико-механічних властивостей конструкційних матеріалів і будівельних конструкцій;
  • • вибирати необхідне обладнання для проведення експериментальних робіт;
  • • перевіряти дослідним шляхом результати теоретичного розрахунку;

володіти

  • • інформацією про останні досягнення будівельної науки в області проведення експериментальних досліджень;
  • • основними методами, способами і засобами отримання, зберігання, переробки інформації;
  • • навичками роботи з лабораторним обладнанням.

Експериментальні дослідження конструкційних матеріалів і конструкцій: початковий етап (XVII-XIX ст.)

У XVII і XVIII ст. експериментатори в області механіки твердого тіла найчастіше обмежували свої дослідження проблемою руйнування, для якої так і не вдалося побудувати правдоподібною теорії. Опис експериментів того часу не було б повним без показу малюнка дослідів Галілео Галілея (рис. 4.1).

Відкриття Р. Гуком (R. Hooke) 1678 р лінійного зв'язку між прикладеною силою і подовженням пружин і довгих дротів (рис. 4.2) слід визнати унікальним за тим впливом, яке

Експеримент Г. Галілея з балкою.  1638 р

Мал. 4.1. Експеримент Г. Галілея з балкою. 1638 р

Прилади для дослідів Р. Гука.  1678 р

Мал. 4.2. Прилади для дослідів Р. Гука. 1678 р

воно зробило па наукову думку протягом трьох століть. Гук відзначав, що він вперше відкрив цей закон в 1660 р, проте від його опублікування Гука стримувало прагнення захистити свій винахід спіральних часових пружин. Той же закон незалежно був відкритий Е. Маріоттом (E. Mariotte) в 1680 р Однак Гук не прийшов до відкриття модуля пружності E .

Серед тисяч експериментів досліди Ш. О. Кулона (S.-О. de Kulon) в 1773 р в порівнянні руйнування при розтягуванні з руйнуванням при зсуві були одними з найважливіших. У 1780-х рр. Кулон вивчав кручення металевих дротів.

К. А. Трусделл (С. A. Truesdell) за 80 років до того, як Т. Юнг (Т. Young, 1807) ввів в літературу поняття "висота модуля" і "вага модуля", виявив ідею модуля пружності, обчисливши E сталь / E латунь = 2,06. Л. Ейлер також вводив поняття модуля в своїй роботі в 1766 р Сам Юнг ніколи не вводив поняття "модуль Юнга". У нього "висота модуля" залежала від щільності матеріалу, а "вага модуля" - від розмірів зразка. В принципі, ці величини не є константами Е. А ось Дж. Риккати (G. Riccati, 1782) експериментально визначив значення Е для двох матеріалів. Перше експериментальне твердження про те, що тверде тіло має константу пружності матеріалу, що не залежить від розмірів зразка і щільності тіла, зробив Кулон у 1784 р Багато хто вважає, що праця Т. Юнга "А Course of Lectures on Natural Philosophy and the Mechanical Arts " ( "Лекції по натуральної філософії і механічному мистецтву"), є набором туманних і нез'ясованих відомостей з різних питань науки і техніки. Дж. Ф. Белл писав: "Оцінюючи Т. Юнга як експериментатора в галузі механіки твердого тіла, слід зазначити, що його зв'язок із сьогоденням експериментом була мінімальною ... деталі експериментів в його описі повністю були відсутні".

Перший нелінійний закон пружності, заснований на експерименті, був сформульований Г. В. Лейбніцем (GW Leibniz, 1690), який стверджував, що експериментальні дані Я. Бернуллі (J. Bernoulli, 1 687) по струні (органіка) описуються, мабуть, гіперболою, на відміну від даних експериментів Гука (одна тисячу шістсот сімдесят вісім) і Маріотта (1700), які говорили на користь лінійного закону.

У 1811 р Ш. Дюпен (S. Dupin) виконав серію експериментів по визначенню прогинів вільно опертих дерев'яних балок і виявив, що при дуже малих навантаженнях прогини пропорційні їм, але в міру зростання навантаження збільшення переміщень стають не прямо пропорційні відповідним приращениям навантаження.

Проводячи досліди з залізними балками, І. Ходкінсон (I. Hodgkinson, 1831) вперше виявив залишкові деформації. У 1839 р Ходкінсон зауважив, що в чавуні напруги також є нелінійної функцією деформації.

У 1834 р Л. Ж. Віка (LJ Vicat) зробив важливе відкриття, відоме як повзучість. Віка в своїх дослідах на розтяг дроту зауважив, що, якщо осьова навантаження досить велика, дріт при фіксованому навантаженні продовжує збільшуватися.

Ш. К. де Латур (С. С. de Latour, 1828) здійснив єдине експериментальний вимір, що підтверджувало рівність коефіцієнта Пуассона фіксованому значенню, рівному 0,25. С. Д. Пуассон (SD Poisson, 1827) відразу ж послався на цей вимір як на вказівку фізичної застосовності своєї теорії. Тільки з 1879 р після появи дзеркального тензометра Баушінгера стало можливим пряме вимірювання поперечного звуження стержня при розтягуванні. Перше успішне вимір і єдині до кінця століття вичерпні дослідження були проведені в 1879 р І. Баушінгера (J. Bauschinger) використовував свій дзеркальний тензометр при випробуванні залізних і сталевих зразків.

Проводячи глибокі експериментальні дослідження на кручення скляних ниток, Ф. Кольрауш (F. Kohlrausch) в 1863 р відкрив важливе явище в природі - релаксацію напружень.

Залежність пружних постійних від зміни температури вперше почав вивчати Г. Вертгейм (G. Wertheim) з 1843 р Він показав зменшення модуля пружності з підвищенням температури.

У більшості робіт зарубіжних вчених не відображені досягнення дореволюційної і радянської вітчизняних шкіл механіки деформівних тіл. Хоча відомо, що сідерометр - розривна машина для випробування ланцюгів і тросів, запроектована А. Бетанкур і використана для випробування ланцюгів для Пантелеймонівського моста Г. Ламі, була встановлена на Олександрівському металевому заводі (СПб) ще в 1830-х рр. А ініціаторами створення першої в Росії і світі спеціально обладнаній Механічній лабораторії виступили восени 1849 року професора Інституту корпусу інженерів шляхів сполучення Ф. І. Сулима і П. І. Собко. Професор Н. А. Белелюбський (1873) бачив її завдання "у виробництві можливо більшого числа дослідів по визначенню опору і інших механічних властивостей російських матеріалів, а також в задоволенні запитів будівельної практики з приймання матеріалів взагалі".

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >