281 Wstęp Badania właściwości wytrzymałościowych korzeni
Transkrypt
281 Wstęp Badania właściwości wytrzymałościowych korzeni
Roman Stopa, Leszek Roma ski Instytut In ynierii Rolniczej Akademia Rolnicza we Wrocławiu Przemieszczenia przekroju poprzecznego korzenia marchwi pod działaniem siły promieniowej Streszczenie W pracy przedstawiono wyniki bada dotycz cych przemieszcze przekroju poprzecznego korzeni marchwi pod działaniem sił promieniowych. Wykazano wpływ kształtu głowicy urz dzenia obci aj cego na rozkładem odkształce i przemieszcze . Wyznaczono rozkłady przemieszcze i odkształce dla przekrojów poprzecznych poło onych w trzech strefach pomiarowych wzdłu osi korzenia marchwi. Wyniki bada wykazały, e warstwowa budowa korzenia marchwi w istotny sposób wpływa na rozkład przemieszcze i odkształce przekroju poprzecznego korzenia marchwi w kierunku promieniowym. Słowa kluczowe: korze marchwi, przemieszczenie, przekrój poprzeczny Wst p Badania wła ciwo ci wytrzymało ciowych korzeni warzyw w wi kszo ci przypadków sprowadzaj si do wyznaczenia podstawowych własno ci mechanicznych mi szu takich jak umowny moduł spr ysto ci czy stała Poissona oraz podstawowych parametrów reologicznych przy wykorzystaniu testów pełzania i relaksacji napr e . W odniesieniu do buraków cukrowych takie badania podj ła M. Bzowska–Bakalarz [1998]. Czasami przeprowadza si badania całych korzeni bez brania pod uwag ró nic własno ci wytrzymało ciowych poszczególnych warstw oraz roli tych warstw w procesie przenoszenia obci e . Gołacki i Obro lak [1998] wyznaczyli warto ci współczynnika Poissona korzeni marchwi przy wykorzystaniu metody opisanej przez Hughesa i Segerlinda [1972]. Wpływ warstwowej budowy korzenia na rozkład przemieszcze w przekroju poprzecznym jest zauwa alny nawet przy małych warto ciach przyrostu obci enia ( F=2 N). Autorzy przedstawili wyniki takich bada przy wykorzystaniu metody interferometrii plamkowej w pracy [Stopa, Roma ski 2003]. Wyznaczenie przemieszcze przekroju poprzecznego korzenia marchwi mo e okaza si bardzo przydatne przy weryfikacji modelu całego korzenia opartego o rozwa ania teoretyczne lub zbudowanego przy wykorzystaniu metody elementów sko czonych. Tego rodzaju badania mog by równie wykorzystane przy weryfikacji modeli 281 fizycznych przeznaczonych np. do bada elastooptycznych. Dodatkowo za prowadzeniem takich bada przemawiaj trudno ci w wyznaczeniu innych wielko ci takich jak np. rozkłady napr e . Cel bada Celem bada wyznaczenie przemieszcze l i odkształce w kierunkach osi pionowej przekroju poprzecznego korzeni marchwi dla ró nych kształtów styku głowicy wymuszaj cej i powierzchni marchwi oraz dla ró nych warto ci obci enia. Zakres, metody i warunki bada Przedmiotem bada były korzenie marchwi odmiany Karotan wyprodukowane w B dkowie w województwie dolno l skim. Korzenie ka dorazowo starannie selekcjonowano i wybierano egzemplarze zdrowe o regularnych kształtach typowych dla danej odmiany. Z ka dego korzenia wyci to fragment ograniczony dwiema płaszczyznami prostopadłymi do jego osi podłu nej oddalonymi od siebie o 15mm, w trzech ró nych strefach pomiarowych: • I strefa pomiarowa – poło ona najbli ej naci • II strefa pomiarowa – poło ona w połowie korzenia • III strefa pomiarowa – poło ona najbli ej ogonka Badania przeprowadzono przy u yciu stanowiska obci aj cego szczegółowo przedstawionego w pracy [Stopa, Roma ski 2003] wyposa onego w głowic o pi ciu ró nych kształtów powierzchni styku stempla z powierzchni marchwi: • powierzchnia płaska o szeroko ci s0 = 40mm • powierzchnia płaska o szeroko ci s1 =7mm i s2 =3mm • powierzchnia walcowa o promieniu r =28mm Urz dzenie umieszczono w przestrzeni roboczej maszyny wytrzymało ciowej Instron 5566 wyposa onej w głowic o zakresie obci enia do 1 kN. Testy wykonywano przy pr dko ci głowicy wynosz cej 5 mm/min, co spełniało warunki obci enia statycznego. 1 2 3 282 Rys.1. Obraz zdeformowanego przekroju poprzecznego korzeni marchwi. 1 – głowica obci aj ca, 2 – badany obiekt, 3 – punkty pomiarowe Fig.1. Pictures of deformed carrot root cross section. 1 – loading head, 2examined object, 3- measuring points Zdeformowan powierzchni próbek rejestrowano przy u yciu cyfrowego aparatu fotograficznego. Przed przyło eniem obci enia, na powierzchni przekroju poprzecznego wzdłu linii pokrywaj cej si z kierunkiem działania siły zaznaczono punkty styku rdzenia z kor oraz punkt przyło enia siły i punkt podparcia. Otrzymane obrazy zdeformowanych przekrojów poprzecznych korzeni marchwi poddano analizie przy wykorzystaniu programu AutoCAD 2000 (rys.1). Wyniki i dyskusja Zakładaj c liniowy przebieg przemieszcze l w obr bie ka dej z warstw wykonano wykresy przemieszcze poszczególnych punktów przekroju poprzecznego l dla wszystkich kształtów powierzchni obci aj cej oraz dla ka dej warto ci siły obci aj cej. Na podstawie wykresów przemieszcze l na drodze analityczno-graficznej wykonano wykresy odkształce . l i Rys. 2. przedstawia przykładowe rozkłady przemieszcze odkształce dla głowicy obci aj cej wyposa onej w płask powierzchni robocz Przemieszczenie ∆l [mm][mm] 6 100 N 5 140 N 4 180 N 3 220 N 2 260 N 1 300 N 0 340 N 10 20 30 40 50 Przekrój [mm] 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 100 N 140 N ε [-] Odkształcenie [-] 0 180 N 220 N 260 N 300 N 340 N 0 10 20 30 Przekrój [mm] 40 50 283 Rys.2. Rozkłady przemieszcze l i odkształce przekroju poprzecznego korzenia marchwi podczas współpracy z płask powierzchni szeroko ci s0 w trzeciej strefie pomiarowej Fig.2. Displacement l and deformation distribution of carrot root cross section during contact with flat surface of width s0 in third measuring zone. Na rys. 3 przedstawiono rozkłady odkształce przekroju poprzecznego korzenia marchwi podczas obci ania głowic wyposa on w cz robocz w kształcie walca o promieniu r =28mm. 0,6 Odkształcenie ε [-] 100 N ε [-] 0,5 140 N 0,4 180 N 0,3 220 N 0,2 260 N 0,1 300 N 0 0 10 20 I strefa pomiarowa 30 40 50 Przekrój [mm] 1 Odkształcenie ε [-] 100 N ε [-] 0,8 140 N 180 N 0,6 220 N 0,4 260 N 300 N 0,2 340 N 0 0 10 20 30 ε [-] Odkształcenie ε [-] II strefa pomiarowa 40 50 380 N Przekrój [mm] 1 100 N 0,8 140 N 180 N 0,6 220 N 0,4 0,2 260 N 300 N 0 340 N 0 10 20 III strefa pomiarowa 30 40 Przekrój [mm] Rys.3. Rozkłady odkształce przekroju poprzecznego korzenia marchwi podczas współpracy z powierzchni walcow o promieniu r = 28 mm w trzech strefach pomiarowych. Fig.3. Deformation distributions of carrot root cross section during contact with cylindrical surfaces of radius r = 28 mm in three measuring zones. 284 ε [-] Odkształcenie [-] Rozkłady odkształce przy styku badanych próbek korzeni marchwi z powierzchni płask o szeroko ci 7mm i 3mm przedstawione s na rys. 4 i rys.5. 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 100 N 140 N 180 N 220 N 260 N 0 10 20 30 40 I strefa pomiarowa 50 Przekrój [mm] ε [-] Odkształcenie [-] 1 100 N 0,8 140 N 0,6 180 N 0,4 260 N 220 N 0,2 0 0 10 20 30 II strefa pomiarowa 40 Przekrój [mm] ε [-] Odkształcenie [-] 1,2 100 N 1 140 N 0,8 180 N 0,6 220 N 0,4 260 N 0,2 300 N 0 0 10 20 III strefa pomiarowa 30 40 50 Przekrój [mm] Rys.4. Rozkłady odkształce przekroju poprzecznego korzenia marchwi podczas współpracy z powierzchni płask o szeroko ci s1 = 7 mm w trzech strefach pomiarowych. Fig.4. Deformation distributions of carrot root cross section during contact with flat surface of width s1= 7 mm in three measuring zones. 285 ε [-] [-] Odkształcenie 1 100 N 0,8 140 N 0,6 180 N 220 N 0,4 260 N 0,2 0 0 20 40 60 I strefa pomiarowa Przekrój [mm] 1,2 100 N 140 N 0,8 180 N ε [-][-] Odkształcenie 1 220 N 0,6 260 N 0,4 300 N 0,2 0 0 10 20 30 40 ε [-] Odkształcenie [-] II strefa pom iarowa 50 Przekrój [mm ] 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 100 N 140 N 180 N 220 N 260 N 300 N 0 10 20 III strefa pomiarowa 30 40 50 Przekrój [mm] Rys.5. Rozkłady odkształce przekroju poprzecznego korzenia marchwi podczas współpracy z powierzchni płask o szeroko ci s2 = 3 mm w trzech strefach pomiarowych. Fig.5. Deformation distributions of carrot root cross section during contact with flat surface of width s2= 3 mm in three measuring zones. 286 Wnioski 1. Rozkład przemieszcze l i odkształce przekroju poprzecznego korzenia marchwi w kierunku działania siły, przy zało eniu liniowego przebiegu pomi dzy punktami pomiarowymi, ma kształt linii łamanej zło onej z odcinków o ró nym k cie nachylenia w stosunku do osi poziomej dla warstwy rdzenia i kory. 2. Warto przyrostu przemieszcze l i odkształce przekroju poprzecznego (warto k ta nachylenia odcinków prostych na wykresie) zale y od kształtu współpracuj cej powierzchni, warto ci siły obci aj cej i miejsca pobrania próbki (strefy pomiarowej). 3. Najwi kszy przyrost odkształcenia wyst puje w warstwie kory przy współpracy z powierzchni płask o szeroko ci s2= 3 mm i wynosi =0,44 przy obci eniu 300 N, a najmniejszy z płask powierzchni o szeroko ci s0= 40mm i wynosi =0,06 przy tym samym obci eniu. Dla rdzenia przyrost odkształce w du ym stopniu zale y od warto ci siły obci aj cej i praktycznie nie zale y od kształtu powierzchni obci aj cej. 4. Dla małych warto ci obci enia przyrost odkształce dla warstwy kory i dla rdzenia jest w przybli eniu stały. W miar wzrostu obci enia ró nice w przyrostach odkształce ulegały zwi kszeniu. Bibliografia Gołacki K., Obro lak R. 1998. Wyznaczanie współczynnika Poissona korzeni marchwi, Zeszyty Problemowe Post pu Nauk Rolniczych, s. 454 Bzowska- Bakalarz M. 1998r.: Wytrzymało mechaniczna korzeni buraków cukrowych. Zeszyty Problemowe Post pów Nauk Rolniczych. z. 454 s.207-212 Stopa R, Roma ski L. 2003. Zastosowanie metody interferometrii plamkowej do pomiaru przemieszcze przekroju poprzecznego korzenia marchwi. Scientiarum Polonorum Tech. Agr. In . Rol. 2(1): 43- 54 287 Carrot root cross section displacements under axial compression Summary Results of studies on carrot root cross section displacement under axial compression was presented in this paper. Dependence of various shapes of loading head and value of loading force was shown. Change of strength property along the root of carrot was also considered. The results showed significant influence of laminar buildup of the root on displacement distribution along the cross section in axial direction. Key words: carrot root, displacement, cross section 288