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Contraintes dans une poutre en flexion STR5 Manuel de l’étudiant TecQuipment LT

Contraintes dans une poutre en flexion STR5 Manuel de l’étudiant TecQuipment LTD STR5 Contraintes dans une poutre en flexion Manuel Etudiant © TecQuipment Ltd 2008 Ne pas reproduire ou transmettre ce document sous aucune forme ou moyens électronique ou mécanique, incluant les photocopies, les enregistrements ou toute autre forme de stockage et système de récupération sans la permission impérative de TecQuipment Limited. TecQuipment a pris beaucoup de soin pour que le contenu de ce manuel soit juste et à jour. Cependant, si vous trouviez des erreurs merci de nous en informer afin que nous puissions les corriger. TecQuipment fournit avec l’appareil une liste de colisage. Merci de vérifier avec attention que le contenu du colisage correspond bien à la liste. Si un des éléments de la liste était manquant ou endommagé, merci de prendre contact avec TecQuipment ou son agent local. PE/AD/db/0908 – PRODIDAC/JLE Contraintes dans une poutre en flexion STR5 2 Manuel de l’étudiant TecQuipment Ltd Contraintes dans une poutre en flexion STR5 3 Manuel de l’étudiant TecQuipment Ltd TABLE DES MATIÈRES 1. Introduction et description _______________________________________________ 4 1.1 ‐ Introduction ________________________________________________________________ 4 1.2 ‐ Description _________________________________________________________________ 4 1.3 ‐ Mise en place du module ______________________________________________________ 5 2. Expériences ______________________________________________________________ 8 2.1 – Expérience 1 : Contraintes dans une poutre en flexion _____________________________ 8 Contraintes dans une poutre en flexion STR5 4 Manuel de l’étudiant TecQuipment Ltd 1. I NTRODUCTION ET DESCRIPTION Figure 1 – Module d’étude des contraintes dans une poutre en flexion 1.1 - Introduction Ce manuel décrit comment mettre en place, utiliser et réaliser les expériences avec le module d’étude des contraintes dans une poutre en flexion. Il permet de démontrer simplement des principes complexes et est un support pratique à votre formation. 1.2 - Description La figure 1 montre le module d’étude des contraintes dans une poutre en flexion STR5. Il est composé d’une poutre en aluminium en T inversé et équipée dans sa section centrale de jauges de déformations. Sur la face avant du système de mise en charge sont dessinés deux schémas avec la position des jauges sur la poutre. Le système de mise en charge associé à une cellule d’effort permet d’appliquer un effort sur le haut de la poutre en deux positions placée de part et d’autre des jauges. Un tel chargement (plutôt qu’un chargement en un point) a deux principaux avantages : - Il permet d’une part de pouvoir placé une jauge au sommet de la poutre - Et d’autre part le moment fléchissant ainsi créé donne de meilleurs résultats pour les jauges et évite les concentrations de contraintes au niveau des jauges de déformation. Contraintes dans une poutre en flexion STR5 5 Manuel de l’étudiant TecQuipment Ltd Les jauges de déformation sont des capteurs dont la résistance électrique change lorsqu’elles sont étirées ou comprimées. Elles consistent en des spires rapprochées en zigzag généralement fabriquées à partir d’une mince feuille métallique (de quelques μm d’épaisseur) et d’une feuille support, isolant électriquement les spires et permettant leur maintien lorsqu’elles sont manipulées. La poutre en T est équipée de jauges de déformation. Celles-ci s’étire et se comprime de la même façon que la poutre et permettent ainsi de mesurer les déformations dans la poutre. Si vous regarder avec attention la poutre, vous pourrez remarquer un autre jeu de jauges de déformation. Elles sont appelées des jauges factices. Celles-ci et la façon dont elles sont connectées dans le circuit électrique, permettent de réduire les erreurs de mesures liées aux changements de température et à la dilatation thermique Le pont d’extensométrie convertie la variation de la résistance électrique de la jauge de déformation en un déplacement (déformation). Il permet ainsi de visualiser toutes les déformations mesurées par les jauges, les valeurs mesurées étant en microdéformation. Regarder avec attention les informations indiquées sur le module. Elles seront très utiles et vous permettront de compléter les expériences de ce manuel. 1.3 - Mise en place du module Le module d’étude des contraintes dans une poutre en flexion s’utilise en le plaçant sur le châssis universel STR1 (voir la figure 2 ci-dessous). Avant de mettre en place le module et de l’utiliser, il est nécessaire de toujours : - Contrôler visuellement toutes les pièces, y compris les câbles électriques, afin de vérifier qu’elles ne sont pas endommagées ou usées. - Vérifier que tous les raccordements électriques sont corrects et sécurisés - Vérifier que tous les composants sont sécurisés et que les fixations sont suffisamment serrées - Vérifier que le châssis universel STR1 sur lequel le module STR5 se monte est positionné correctement, sur une surface plane, stable et facile d’accès. Ne jamais appliquer de charges excessives sur aucun des composants du module. Contraintes dans une poutre en flexion STR5 6 Manuel de l’étudiant TecQuipment Ltd Figure 2 – Montage du module STR5 sur le châssis STR1 Les étapes 1 et 3 des procédures qui suivent ont peut être déjà été réalisées : 1. Placez le châssis universel STR1 sur une table ou un établi adapté (voir le manuel fourni séparément relatif à cet appareil pour son montage ou toute question relatif à ce châssis). Assurez-vous que l’espace de travail au niveau du châssis est facilement accessible. 2. Chaque membre du châssis en profilé aluminium possède deux écrous avec ressort plat dans une des rainures. Faite glisser les écrous des membres verticaux de façon à les positionner à 420 mm du bas du châssis, comme présenté sur la figure 2. Fixez les deux appuis sur le châssis à cette position. 3. Faite glisser deux écrous avec ressort vers le centre de la barre inférieure du châssis de façon à mettre en place la cellule d’effort. Fixez celle-ci en laissant les vis légèrement desserrées 4. Positionnez la poutre sur les deux appuis et alignez ses extrémités avec le côté extérieur des montants du châssis. Contraintes dans une poutre en flexion STR5 7 Manuel de l’étudiant TecQuipment Ltd 5. Positionnez la cellule d’effort de façon à ce que le trou dans la fourche de celle-ci soit aligné avec le trou du système de chargement de la poutre, la cellule d’effort devant être positionnée verticalement. Fixez la cellule d’effort avec une clé hexagonale de 6 mm et placez une tige de façon à solidariser la cellule d’effort avec le système de chargement de la poutre. 6. Connectez la cellule d’effort à l’afficheur numérique des efforts STR1a sur l’entrée 1 (« Force input 1 ») avec un câble à connecteur mini DIN. Branchez l’afficheur numérique. La led verte de mise sous tension doit être allumée. 7. En appliquant aucune charge avec la cellule d’effort (la tige doit pouvoir tourner), régler le zéro de la cellule d’effort avec le bouton placé sur celle-ci. 8. Branchez les câbles des jauges de déformation sur le pont d’extensométrie en respectant bien la numérotation indiquée sur les câbles. Branchez le pont d’extensométrie. La led verte de mise sous tension doit être allumée. Attentez cinq minutes afin que les jauges s’échauffent et que leurs valeurs restent stables. Contraintes dans une poutre en flexion STR5 8 Manuel de l’étudiant TecQuipment Ltd 2. EXPÉRIENCES 2.1 – Expérience 1 : Contraintes dans une poutre en flexion Figure 3 : Schéma de l’expérience Comme il est indiqué sur le panneau du système de mise en charge, vous allez avoir besoin de la formule suivante définissant la relation entre la contrainte et la déformation : Avec σ : contrainte (N/m²) ε : déformation (sans unité) E : module d’Young du matériau de la poutre (N/m²) Ainsi que de l’équation de la flexion : Avec : M : moment fléchissant (Nm) I : moment d’inertie de la section (m4) σ : contrainte (N/m²) Contraintes dans une poutre en flexion STR5 9 Manuel de l’étudiant TecQuipment Ltd y : distance par rapport à l’axe neutre (m) Assurez –vous tout d’abord que la poutre et la cellule d’effort sont correctement alignées. Tournez le bouton de la cellule d’effort afin d’appliquer à la poutre une pré-charge positive (vers le bas) d’environ 100N. Refaire le zéro de la cellule d’effort. Notez les valeurs des neuf jauges de déformations dans le tableau 1 pour une charge nulle. Appliquez une charge de 100N et notez de nouveau les valeurs des jauges. Répétez la procédure jusqu’à 500N par incrément de 100N. A la fin relâchez progressivement la charge et la pré-charge de façon à ce que la tige tourne. A partir de vos résultats, tracez le graphe du moment fléchissant en fonction de la contrainte pour les neuf jauges de déformation. Quelle est la relation entre le moment fléchissant et la contrainte pour les différentes positions sur la poutre ? Que remarquez-vous pour les jauges de déformations placées symétriquement sur la poutre ? Ont-elles des valeurs identiques ? Si les valeurs ne sont pas identiques, donnez au moins deux explications. Jauge Charge (N) 0 100 200 300 400 500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Contraintes dans une poutre en flexion STR5 10 Manuel de l’étudiant TecQuipment Ltd Tableau 1 – Résultats de l’expérience Jauge Moment fléchissant (Nm) uploads/Voyage/ str5-manuel-etudiant-0908.pdf