УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТЕРЖНЕЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ СЖАТИИ С КРУЧЕНИЕМ

Полезная модель относится к испытательной технике и может найти применение в учебных и исследовательских лабораториях по сопротивлению материалов.
Известна установка для испытания на устойчивость стержней (Беляев М.Н. Лабораторные работы по сопротивлению материалов. - М.: Гос. изд-во технико-теоретической лит., 1954, стр.196-197, фиг.154б, 155), состоящая из станины, испытуемого стержня, установленного в верхней и нижней опорах с резьбовыми крепежными элементами, балансирного нагружающего рычага, с одной стороны шарнирно связанного со станиной и снабженного балансирным грузом с возможностью перемещения вдоль его резьбовой части, к которому с другой стороны шарнирно прикреплен подвес с грузом, в нижней части рычаг имеет цилиндрический упор с геометрической осью, которая расположена на оси симметрии испытуемого стержня, а сам упор расположен в центрирующем гнезде верхней опоры.
Основной недостаток известной установки заключается в том, что она предназначена для испытания стержней на устойчивость только при сжимающей нагрузке.
Задача, на решение которой направлена полезная модель и технический результат от ее использования, заключается в том, чтобы обеспечить испытание стержней на устойчивость при сложном нагружении, т. е. при сжатии с кручением.
Технический результат достигается тем, что в установке для исследования стержней на устойчивость при сжатии с кручением, состоящей из станины, испытуемого стержня, установленного в верхней и нижней опорах с резьбовыми крепежными элементами, балансирного нагружающего рычага, с одной стороны шарнирно связанного со станиной и снабженного балансирным
грузом с возможностью перемещения вдоль его резьбовой части, к которому с другой стороны шарнирно прикреплен подвес с грузом, в нижней части рычаг имеет цилиндрический упор с геометрической осью, которая расположена на оси симметрии испытуемого стержня, а сам упор расположен в центрирующем гнезде верхней опоры, верхняя опора выполнена в виде горизонтального шкива с желобом, к которому симметрично с двух сторон прикреплены гибкие нити с грузами на концах, перекинутые через блоки, шарнирно связанные со станиной, а упор выполнен в виде вертикального стержня, расположенного в глухом центрирующем отверстии шкива, нижняя опора испытуемого стержня выполнена в виде клеммы, жестко прикрепляющей испытуемый стержень к станине.
Такое исполнение предлагаемого устройства позволяет испытывать стержни при сложном напряженном состоянии, т.е. при сжатии с кручением.
На фиг.1 представлена схема установки, а на фиг.2 - вид на шкив сверху.
Установка (фиг.1) состоит из станины 1, испытуемого стержня 2, установленного в нижней опоре 3 и в верхней - 4. С верхней опорой жестко связан горизонтальный шкив 5 с желобом, в котором выполнено вертикальное центрирующее глухое отверстие 6 (фиг.2). К шкиву 5 симметрично в горизонтальном направлении с двух сторон прикреплены гибкие нити 7 и 8 с грузами на концах соответственно 9 и 10, перекинутые через блоки 11 и 12, шарнирно связанные со станиной 1. В глухом центрирующем отверстии 6 расположен направляющий стержень 13, жестко связанный с нижней частью балансирного рычага 14. Балансирный нагружающий рычаг 14 с одной стороны шарнирно связан со станиной 1 и снабжен балансирным грузом 15 с возможностью перемещения вдоль его резьбовой части. К балансирному нагружающему рычагу 14 с другой стороны шарнирно прикреплен подвес 16 с грузом 17. Нижняя опора 3 выполнена в виде клеммы, жестко прикрепляющей испытуемый стержень 2 с помощью резьбовых крепежных элементов к станине 1.
Установка работает следующим образом.
Перед испытанием стержня 2 перемещением груза 15 вдоль резьбовой части балансирного рычага 14 его уравновешивают с тем, чтобы давление вертикального стержня 13 на испытуемый стержень 2 было равно нулю.
1
L
1
1
1
L
1
Для исследования устойчивости стержня 2 на сжатие на подвес 16 рычага 14 устанавливают соответствующий груз 17 весом Р, который через рычаг 14 и направляющий стержень 13 сжимает исследуемый стержень. Силу P давления на стержень определяют из соотношения: P=Pl. Откуда P=P/l, Н.
2
КР
2
КР
2
2
Для закручивания стержня к концам гибких нитей 7 и 8, перекинутых через блоки 11 и 12, прикрепляют грузы 9 и 10 одинакового веса Р. Под действием сил  возникает крутящий момент М, равный произведению одной из сил пары на плечо l, т.е. М=Pl, , Н м.
Таким образом, стержень 2 действительно испытывают на устойчивость при сложном напряженном состоянии: при сжатии с кручением. Для проведения исследований стержней можно задавать различные значения сжимающей силе Pi установкой соответствующих по величине грузов 17. Для проведения исследований стержней на кручение необходимо устанавливать соответствующей величины грузы 9 и 10. Измерение деформаций производят механическими тензометрами, не показанными на схеме.
Из описания работы установки можно сделать следующие выводы: стержни на устойчивость можно исследовать для трех случаев нагружения: только на сжатие, только на кручение и на сжатие с кручением.
Такой подход к исследованию устойчивости стержней имеет большое практическое значение как для развития техники, так и для совершенствования учебного процесса по сопротивлению материалов, технической механике и др. учебным дисциплинам.