ДЕМОНСТРАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ "ПРИНЦИП СЕН-ВЕНАНА И КОНЦЕНТРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ"

Полезная модель относится к средствам для испытания материалов и может быть использована для проведения практических и лабораторных занятий по курсам «Прикладная механика» и «Сопротивление материалов» в учебных заведениях среднего профессионального образования, а также в педагогических вузах и вузах не машиностроительного профиля.
Известна машина испытательная для механических испытаний материалов на растяжение (RU, 2243535, кл. G 01 N 3/08, 2004 г.), включающая основание рамы, стойки, испытуемый образец и, нагружающее устройство в виде силового привода нагружения (электрогидравлического или электромеханического), электротензометрического датчика силы, пассивного и активного захватов, датчика деформации, датчика перемещения активного захвата, блока измерения деформации, блока управления нагруженном и перемещением активного захвата и ЭВМ с программным обеспечением автоматического расчета механических характеристик материала испытуемого образца по результатам измерения параметров испытания.
Однако известная установка является недостаточно наглядной, и мало применимой для проведения лабораторных и практических занятий.
Задачей создания полезной модели является упрощение конструкции и повышение степени наглядности проведения лабораторных работ по механическому испытанию материалов, обеспечивающей демонстрацию принципа Сен-Ванана и концентрацию напряжений испытуемого материала.
Поставленная задача достигается тем, что в демонстрационной модели, включающей основание рамы, стойки, нагружающее устройство и испытуемый образец, согласно полезной модели испытуемый образец выполнен упругим в виде сменных наладок, на поверхности которых нанесены делительные
сетки, а нагружающее устройство выполнено поворотным и содержит эксцентричный вал с маховиками на его концах демонстрационной модели, включающей основание рамы, стойки, нагружающее устройство и испытуемый образец, согласно полезной модели испытуемый образец выполнен упругим в виде сменных наладок, на поверхности которых нанесены делительные сетки, а нагружающее устройство выполнено поворотным и содержит эксцентричный вал с маховиками на его концах. При этом сменная наладка выполнена в виде трех резиновых полос, закрепленных одним концом с помощью прижимных пластин на основании рамы, а другим - на эксцентричном валу, причем концевые части одной из полос наладки выполнены сужающимися, а у другой полосы - ###U7908 образной формы. Сменная наладка может быть также выполнена и в виде резиновой полосы с отверстиями, расположенными на ее продольной оси и вырезами, расположенными на поперечной оси по ее боковым сторонам, при этом наладка также закреплена одним концом на основании рамы с помощью прижимной пластины, а другим концом - на эксцентричном валу. Для установки демонстрационной модели строго в горизонтальном положении рама снабжена регулировочными винтами.
За счет наладок в виде резиновых полос с нанесенными на них делительными сетками осуществляется наглядное пояснение принципа Сен-Венана и эффект концентрации напряжений и показывает особенности упругого деформирования стержня в зависимости от способа приложения внешних сил, а также вблизи отверстий и вырезов.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показана наладка, включающая три резиновые полосы с разными концевыми частями, поясняющая принцип Сен-Венана; на фиг.2 резиновая полоса с отверстиями и вырезами, демонстрирующая эффект концентрации напряжений.
Демонстрационная модель включает основание 1 рамы, на котором закреплены стойки 2. На верхних концах стоек 2 закреплены кронштейны 3 на которых смонтировано нагружающее поворотное устройство, включающее эксцентричный вал 4, выполненный составным на концах которых расположены
маховики 5. Испытуемый образец выполнен упругим в виде сменных наладок на поверхности которых нанесены делительные сетки 6, в виде горизонтальных линий. Сменная наладка (фиг.1 для демонстрации эффекта Сен-Венана) выполнена в виде трех резиновых полос 7, 8 и 9, закрепленных нижним концом с помощью прижимной пластины 10 на основании 1 рамы. Сверху сменная наладка прикреплена к эксцентричном валу 4. Концевые части полосы 7 равны ширине полосы, концевые части полосы 8 - сужаются в месте их крепления к основанию 1 и к валу 4, а у полосы 9 концевые ее части выполнены - ###U7908 образной формы. Для демонстрации эффекта концентрации напряжений сменная наладка 11 (фиг.2) также выполнена и в виде резиновой полосы, но по ее продольной оси образованы отверстие 12 с большим диаметром и отверстие 13 с меньшим диаметром. На поперечной оси наладки 11 на боковых сторонах выполнены вырезы 14. Для установки демонстрационной модели строго в горизонтальном положении рама снабжена регулировочными винтами 15.
Демонстрационная модель работает следующим образом.
Прямой брус, подверженный действию уравновешенных сил, пересекающих его ось под прямым углом, испытывает явление изгиба, состоящее в том, что первоначально прямая ось бруса искривляется, причем волокна выпуклой стороны бруса удлиняются, а у вогнутой - укорачиваются. Определение деформаций и напряжений, а также перемещение точек оси бруса, определяющих ее форму и составляет задачи теории изгиба. В демонстрационной модели роль бруса выполняют сменные наладки, имеющие на своей поверхности делительные сетки 6. При этом, учитывая, что сменные наладки выполнены из резины, изгиб которых хорошо виден, демонстрационная модель становится достаточно наглядной, а линии, в виде сетки 6 расположенных на полосах усиливают эффект демонстрации.
Растяжение полос 7, 8, 9 и 11 осуществляется вручную путем вращения маховиков 5. Вал 4 вращается с эксцентриситетом относительно своей оси. За счет эксцентриситета при сбросе нагрузки автоматически обеспечивается
останов и фиксация (удержание) растянутых полос 7, 8, 9 и 11 в заданном положении.
Демонстрационная модель эксплуатируется в помещении при температуре от +10°С до +35°С, относительной влажности воздуха до 80% при 25°С. Перед работой необходимо поставить необходимую наладку, установить прижимные пластины 10 и закрутить крепежные винты. Резиновые полосы 7, 8 и 9 должны быть тщательно закреплены. Необходимо проверить затяжку крепежных винтов и прижимных пластин 10 и, используя регулировочные элементы 15, устанавливают модель в горизонтальное положение. Растяжение резиновых полос 7, 8, 9 и 11 осуществляют путем вращения маховиков 5 совместно с эксцентричным валом 4. При нагружении нужно поворачивать маховики 5 по ходу часовой стрелки. В процессе нагружения наблюдаются особенности деформирования делительных сеток 6 вблизи мест приложения внешних сил (фиг.1), а также вблизи отверстий и вырезов (наладка 2). При снятии нагрузки поворачивают маховики 5 против хода часовой стрелки. После выполнения демонстрационного опыта нужно сбросить нагрузку. Выполнение концевых частей резиновых полос 7, 8 и 9 разной формы обеспечивает повышенную наглядность проведения опытных работ, объясняющей эффект Сен-Венана.
Демонстрационная модель выполнена в настольно-переносном варианте и в настоящее время проведено ее опытное испытание и готовится ее серийное производство.