Виртуальная лаборатория сопротивления материалов

Программный комплекс включает 12 виртуальных лабораторных работ из курса сопротивления материалов для студентов высших и средних учебных заведений:

  1. Испытание образцов материалов на растяжение;
  2. Испытание образцов материалов на сжатие;
  3. Испытание образцов материалов на кручение;
  4. Определение постоянных упругости изотропных материалов;
  5. Прямой изгиб стержня;
  6. Косой изгиб стержня;
  7. Исследование напряжений и перемещений в плоской раме;
  8. Исследование напряжений в стержне большой кривизны;
  9. Сложное напряженное состояние;
  10. Экспериментальная проверка теоремы о взаимности работ;
  11. Устойчивость сжатого стержня;
  12. Определение ударной вязкости материала.

Виртуальный лабораторный практикум реализован в виде комплекса кроссплатформенных графических приложений, поставляемых под различные операционные системы: Microsoft Windows, Linux, MacOS, iOS, Android, а также в виде веб-приложений на основе технологии HTML5, обеспечивающих возможность дистанционного выполнения лабораторных работ в веб-браузере. Графическая составляющая программного обеспечения использует программный интерфейс и компонентную базу OpenGL 2.0.


МИНИМАЛЬНЫЕ СИСТЕМНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ:

  • Версия ОС (только для Windows-версии): Windows 7 или выше;
  • Процессор: Intel Celeron / Athlon Sempron или выше (CPU частота: 1.8 ГГц);
  • Память: 2 ГБ RAM;
  • Графика: OpenGL 2.0 совместимая видеокарта (512 МБ VRAM);
  • DirectX (только для Windows-версии): версия 9.0.c;
  • Дисковое пространство: 300 МБ.

СОПРОВОЖДАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ:

Download
Руководство пользователя
user_manual.pdf
Adobe Acrobat Document 975.1 KB
Download
Методические рекомендации
method_support.pdf
Adobe Acrobat Document 3.4 MB
Download
Примеры лабораторных отчетов
lab_reports.zip
Compressed Archive in ZIP Format 216.1 KB

1. Испытание образцов материалов на растяжение

ЦЕЛЬ ОПЫТА: Определение механических характеристик материала при растяжении. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ: Испытания на растяжение образцов материалов проводятся с целью экспериментального определения механических характеристик: предела текучести, предела прочности, истинного сопротивления разрыву, относительного удлинения и относительного сужения после разрыва. При испытании на растяжение образец определенной формы и размеров из исследуемого материала прочно закрепляется своими концами (головками) в захватах испытательной машины и подвергается непрерывному плавному деформированию до разрушения. При этом регистрируется зависимость между растягивающей нагрузкой и удлинением расчетной части образца в виде диаграммы растяжения образца.


2. Испытание образцов материалов на сжатие

ЦЕЛЬ ОПЫТА: Определение механических характеристик материала при сжатии, а также визуальное исследование влияния смазки на торцах образца на интенсивность бочкообразования. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ: Испытание на сжатие образцов материалов проводится с целью экспериментального определения механических характеристик: предела текучести низкоуглеродистой стали и предела прочности серого чугуна при сжатии. При испытании на сжатие образец стандартной формы и размеров из исследуемого материала помещается на рабочую поверхность испытательной машины, и подвергается непрерывному, плавному деформированию до заданного значения деформации или до разрушения. При этом регистрируется зависимость между сжимающей силой и укорочением высоты образца в виде диаграммы сжатия образца.


3. Испытание образцов материалов на кручение

ЦЕЛЬ ОПЫТА: Экспериментальное определение механических характеристик материала при кручении. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ: Испытание на кручение образцов материалов проводится с целью экспериментального определения механических характеристик при чистом сдвиге: модуля сдвига, предела текучести, предела прочности, а также оценить характер разрушения (сдвиг, отрыв). При испытании на кручение образец из исследуемого материала прочно закрепляется головками в захватах испытательной машины и подвергается непрерывному плавному деформированию до разрушения. При проведении испытаний образцов на кручение должны соблюдаться следующие основные условия: качественное центрирование образца в захватах испытательной машины, плавность нагружения и разгружения, отсутствие продольной силы.


4. Определение постоянных упругости изотропных материалов

ЦЕЛЬ ОПЫТА: Экспериментальное определение модуля упругости первого рода и коэффициента Пуассона для стали. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ: В качестве объекта испытаний используется стержень прямоугольного сечения, закрепленный в захватах испытательной машины и нагруженный продольной силой. На образец до испытаний наклеиваются два тензорезистора: один в продольном направлении, другой - в поперечном. В процессе испытания производится градуировка измерителя деформаций. В результате нагружения образца замеряются продольные и поперечные деформации, по значениям которых определяется модуль упругости и коэффициент Пуассона исследуемого материала.


5. Прямой изгиб стержня

ЦЕЛЬ ОПЫТА: Экспериментальное и теоретическое определение напряжений и перемещений в балке двутаврового сечения при прямом изгибе. Экспериментальная проверка закона распределения нормальных напряжений при чистом изгибе. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ: Основным элементом лабораторной установки является: стержень двутаврового сечения из алюминиевого сплава, установленный на двух опорах. Нагружение стержня осуществляется через коромысло, которое одновременно является упругим элементом силоизмерителя. Средняя часть стержня (между опорами коромысла) находится в условиях чистого изгиба. В среднем сечении стержня наклеены семь тензорезисторов фольгового типа. Тензорезисторы установлены в направлении продольной оси балки и позволяют измерить деформацию в соответствующих точках.


6. Косой изгиб стержня

ЦЕЛЬ ОПЫТА: Определение напряжений в стержне прямоугольного поперечного сечения и полного перемещения сечения при косом изгибе. Сравнение результатов эксперимента и расчета. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ: Основным элементом лабораторной установки является консольно закрепленный стержень, нагруженный вертикальной силой. Конструкция опоры позволяет поворачивать стержень относительно его продольной оси и закреплять его в установленной позиции. Положение стержня контролируется посредством угловой шкалы, нанесенной на подвижную часть опоры стержня. На свободном конце стержня на цилиндрическом шарнире установлена подвеска, на которую укладываются грузы при нагружении стержня. Конструкция подвески позволяет прикладывать силу только вертикального направления. В процессе лабораторной работы измеряются деформации в стержне и перемещения точки стержня.


7. Исследование напряжений и перемещений в плоской раме

ЦЕЛЬ ОПЫТА: Определение значений напряжений, перемещений и опорных реакций в статически определимой и статически неопределимой плоской раме. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ: Основным элементом лабораторной установки является плоская рама, состоящая из трех жестко скрепленных между собой стержней прямоугольного поперечного сечения. Рама установлена на двух шарнирных опорах, накладывающих на раму три связи. Конструкция одной из опор позволяет наложить дополнительно горизонтальную связь, т. е. позволяет осуществить переход к статически неопределимой плоской раме. В процессе эксперимента рама нагружается гирями. Измеряются деформации и прогиб в горизонтальной части рамы, а также перемещение подвижной опоры рамы.


8. Исследование напряжений в стержне большой кривизны

ЦЕЛЬ ОПЫТА: Исследование напряжений в плоском стержне большой кривизны при внецентренном растяжении. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ: Основным элементом лабораторной установки является плоский стержень большой кривизны прямоугольного поперечного сечения. Стержень неподвижно закреплен на опорной плите лабораторного стенда. Нагружение стержня осуществляется посредством винта, имеющего правую и левую резьбы. Вращением винта в том или ином направлении осуществляют внецентренное растяжение или сжатие кривого стержня. Сила, создаваемая винтом, определяется с помощью индикатора часового типа и тарировочной таблицы. На поверхность стержня наклеены фольговые тензорезисторы, необходимые для измерения деформаций и определения нормальных напряжений в стержне.


9. Сложное напряженное состояние

ЦЕЛЬ ОПЫТА: Сравнение результатов теоретического расчета и экспериментального изучения напряженного состояния точек изогнутого и скрученного стержня. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ: Основным элементом лабораторной установки является трубчатый стержень, нагружаемый изгибающим и крутящим моментами. В сечении стержня приклеены три тензорезистора для измерения деформации. Измеряется деформация при помощи электронного измерителя деформаций. Для градуировки шкалы электронного измерителя деформации в конструкции установки предусмотрена возможность установки шарнирной опоры на свободном крае стержня, в этом случае стержень нагружается только крутящим моментом.


10. Экспериментальная проверка теоремы о взаимности работ

ЦЕЛЬ ОПЫТА: Экспериментальная проверка справедливости теоремы о взаимности работ на примере перемещений в плоской раме при ее разных нагружениях. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ: Основным элементом лабораторной установки является плоская рама, состоящая из трех жестко соединенных между собой стержней прямоугольного поперечного сечения. Рама установлена на двух шарнирных опорах. Конструкция одной из опор позволяет приложить к раме нагрузку в виде сосредоточенного момента. Это достигается путем смещения грузов, закрепленных на винте, при его вращении. Нагружение рамы осуществляется гирями. Измеряется прогиб в горизонтальной части рамы, а также перемещение подвижной опоры рамы.


11. Устойчивость сжатого стержня

ЦЕЛЬ ОПЫТА: Экспериментальная проверка справедливости формулы Эйлера для критической силы при сжатии гибкого стержня. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ: Основным элементом лабораторной установки является стержень прямоугольного поперечного сечения. Стержень установлен в правой и левой опорах, конструкция которых позволяет осуществить шарнирное или жесткое закрепление концов стержня в плоскости наименьшей жесткости. Правая опора соединена с динамометром, использующим тарированный индикатор часового типа, левая - с нагружающим устройством винтового типа. В среднем сечении стержня установлен прогибомер (индикатор часового типа на стойке). Для определения силы, действующей на стержень нужно использовать эмпирическую зависимость, полученную при тарировке динамометра.


12. Определение ударной вязкости материала

ЦЕЛЬ ОПЫТА: Приобретение практических навыков по проведению испытаний и расчету параметров ударной вязкости материала. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ: Для испытания используется маятниковый копер, конструкция которого обеспечивает ударное воздействие на образец и измерение угла отклонения маятника после удара, что позволяет рассчитать энергию, затраченную на деформирование и разрушение образца. Энергия определяется как разность между первоначальным запасом потенциальной энергии маятника и энергией, оставшейся у маятника после разрушения образца.