دانلود گزارش کار آزمایشگاه هیدرولیک

آزمایش شماره 1:
نیروهای وارد بر یک جسم غوطه ور یا شناور در یک مایع ساکن

هدف آزمایش:
هدف از این آزمایش بررسی فرمولهای مربوط به نیروی وارد بر یک سطح مغروق و تعیین مرکز فشار می باشد.

شرح دستگاه:
دستگاه مورد آزمایش از تانک معکب مستطیل شکل با سطوح جانبی شفاف و یک جسم معلق به شکل ربع دایره (Quadrant) تشکیل شده است.

با اهرم بندی نشان داده شده می توان مقدار نیرویها را حساب کرد.

در گشتاورگیری نیروها حول لولا نیروی وارد بر سطح مستطیل شکل به حساب می آید.

مقدار این نیرو برابر است با:
(1)
که h فاصله از سطح آزاد تا مرکز سطح، A مساحت صفحه و وزن مخصوص سیال و P مقدار نیروی فشاری وارد بر سطح است.

بنابراین ممکن است دو حالت کلی به صورت زیر پیش آید.

الف) غوطه وری جزئی


تئوری آزمایش:
در یک سیال ساکن نیروی وارد بر هر المان سطح A عمود بر آن سطح است.

اگر چنین نیروی بر یک سطح صاف وارد شود کلیه نیروهای وارد بر سطح با هم موازیند و در نتیجه مقدار آنها را می توان تنها با یک نیرو بنام نیروی برآیند که در نقطه ای بنام مرکز فشار اثر می کند نشان داد.

در حالتی که سطح به صورت خمیده باشد وضع فرق می کند.

بسته به طرق مختلف قرارگیری یک سطح دلخواه در یک سیال سه حالت زیر را در نظر می گیریم.

1-سطح صاف تحت فشار یکنواخت
نمونه ای از این مدل، سطح صافی است که بطور افقی در زیر سطح مایعی قرار دارد.

در این صورت نیروی وارد بر سطح برابر با می باشد.

(A مساحت صفحه و h فاصله عمودی مرکز سطح صفحه از سطح مایع است) و محل اثر آن در مرکز صفحه می باشد.

2-سطح صاف تحت فشار غیریکنواخت
نمونه ای از این مدل صفحه صافی است که تحت زاویه دلخواهی در زیر سطح مایع قرار گرفته است.

شکل (3) درا ین حالت مقدار نیروی عمود بر سطح برابر است با:
(1)

که در آن A سطح جسم و h فاصله قائم سطح ازاد سیال تا مرکز سطح صفحه است.

محل اعمال این نیرو عبارتست از:
(2)
(3)
 اثبات روابط بالا از کتب سیالات قابل استخراج می باشد.

که در رابطه بالا ممان اینرسی سطح مدل مرکز سطح در راستای x، ممان حاصل ضرب حول مرکز سطح، به مختصات مرکز سطح، A مساحت سطح موردنظر و yp , xp مختصات طول و عرض مرکز فشاری می باشند.

اگر شکل سطح نسبت به محور y ها تقارن داشته باشد صفر و در نتیجه است.

در عبارت (2) مقدار مثبت است، لذا مقدار yp همیشه بزرگتر می باشند.

یعنی مراکز فشار همیشه پایین تر از مرکز سطح ارتفاع دارد.

از آنجا که جسم مورد بررسی دارای تقارن نسبت به محور y ها است پس در فرمول (2) صفر است و امتداد مرکز فشار در راستای قائم منطبق بر راستای قائم مرکز سطح است.

برای حالت غوطه وری جزئی مقدار برابر است و با گشتاوریری حول لولای O خواهیم داشت:
(4)
در حالت غوطه وری کامل مقدار y برابر است با و با گشتاورگیری حول خواهیم داشت:
(5)
نکته فنی آزمایش:
در گشتاورگیری وزن جسم معلق نیم دایره ای و میله اتصال وارد نشد زیرا با اضافه کردن وزنه‌ای دیگر به انتهای دیگر میله می توان لنگر حاصل از آنها را خنثی و میله را به حالت تعادل قرار داد و وزن آنها از روابط حاصله خارج نمود.

این کار باعث تسهیل امر آزمایش خواهد شد.

روش آزمایش:
1-دقت کنید که ظرف در موقعیت افقی قرار داشته باشد.

2-با تغییر موقعیت وزنه تعادل شاخص را در موقعیت افقی قرار دهید.

3-وزنه 900 گرمی را بر روی کفه بالانس قرار دهید و آنقدر آب در داخل ظرف بریزید تا شاخص مجددا به حالت افقی برگردد.

مقدار جرم و ارتفاع آب را یادداشت کنید.

4-مقدار جرم M را طبق جدول زیر کاهش دهید و با کاهش حجم آب از طریق شیر تخلیه سیستم را مجددا متعادل و y را یادداشت کنید.

جدول (1): تغییرات جرم بر حسب عمق مایع (غوطه وری کامل)
250 300 350 400 450 500 M(gr)
y(cm)

جدول (2): تغییرات جرم بر حسب عمق مایع (شناوری یا غوطه وری جزئی)
50 75 100 125 150 200 M(gr)
y(cm)

نتایج و محاسبات
1-با استفاده از جدول (1) جدول زیر را تکمیل نمائید.

Y(cm) M(gr)



2- با استفاده از این جدول مسئله شماره یک تغییرات مقادیر ر ابر حسب رسم کنید.

شیب و عرض از مبدا این خط را تعیین و با مقادیری که از فرمول (5) بدست می آیند مقایسه کنید.

در صورت وجود اختلاف در مورد علل آن توضیح دهید.

3-با استفاده از جدول (3) جدول زیر را پر کنید.

y2 Y(cm) M(gr)


4-با استفاده از جدول مسئله شماره سه تغییرات مقادیر را بر حسب y رسم کنید.

شیب و عرض از مبدا این خط را تعیین و با مقادیری که از فرمول (4) بدست می آیند مقایسه کنید.

سئوالات مربوط به آزمایش:
1-چرا در محاسبه گشتاور و نیروهای وارده از طرف مایع بر جسم معلق حول نقطه O فقط نیروهای وارد بر سطح چهارگوش سمت راست در نظر گرفته شده است؟

2-چرا مقدار برای سطحی که نسبت به محور X یا Y تقارن داشته باشد صفر است؟

3-نیروهای وارد بر هر کدام از سطوح را در حالت غوطه وری کامل به صورت پارامتری حساب کنید.

4-نتیجه گیری کلی را از رسم منحنی بیان کنید.

5-روابط (4) و (5) را اثبات کنید.

6-دانستن مرکز فشار در چه مواقعی مهم است و اهمیت آن چیست؟

7-حالات مختلف یک جسم غوطه ور در یک سیال بصورت زیر است:
الف)جر حجمی سیال < جرم="" حجمی="" جسم="">
ب)جرم حجمی سیال = جرم حجمی جسم
ج)جرم حجمی سیال > جرم حجمی جسم
هر یک از حالات فوق را توضیح دهید و معین کنید در هر مرحله جهت تعادل جسم مرکز فشار نسبت به مرکز ثقل O بایستی در چه وضعیتی باشد.

نام آزمایش:
بررسی نیروهای وارد بر جسم غوطه ور و شناور در سیال ساکن

مقایسه نتایج تئوری و عملی نیروهای وارد بر جسم شناور یا غوطه ور در سیال ساکن وسیله ‌آزمایش: تشکیل شده از یک سیستم مکعب مستطیل شکل توخالی که گنجایش چندین لیتر آب را دارد.

و یک اهرم که توسط یک تکیه گاه ثابت شده.

به این اهرم جسم نیم دایره ای متصل شده که نیروی وارد بر آن را می خواهیم بررسی کنیم.

و این اهرم قسمتی دارد که وزنه روی آن قرار می‌گیرد تا شرایط تعادل برقرار شود.

این ظرف مجهز به یک شیر تخلیه و همچنین مدرج شده می باشد.

نحوه انجام آزمایش: ابتدا اهرم را متعادل می کنیم (از طریق وزنه ای که به انتهای دیگر آن وصل است).

حال آزمایش را با پر کردن ظرف از آب آغاز می کنیم.

در ابتدا وزنه 500 گرمی را قرار می دهیم.

و شیر مربوط به ظرف را باز می کنیم تا آب به آرامی خارج شود.

وقتی که اهرم در حالت تعادل قرار گرفت مقدار y را قرائت می کنیم سپس وزنه را کاهش داده و به 450 گرم می رسانیم و وقتی اهرم دوباره به حالت تعادل قرار گرفت دوباره y مربوطه را قرائت می کنیم و به همین ترتیب تا 250 گرم کاهش می دهیم و هر بار قرائت های y را یادداشت می کنیم.

این دستگاه طوری طراحی شده که هنگامی که وزنه 200 گرمی را قرار می دهیم سیستم در حالت شناوری قرار دارد و قرائت های مربوط به حالت شناوری را طبق جدول مربوطه انجام می دهیم و هر بار طبق جدول وزنه را کاهش می دهیم.

L=39.5 cm b=8.4 cm d=10.1 cm a=13.5 cm تئوری آزمایش: بر یک سطح صاف مایل در داخل سیال از طرف مایع نیرویی وارد می آید که مقدار آن: (1) FP=PG.A می باشد.

و محل اثر آن (2) می باشد.

(3) که در راوبط بالا PG فشار مرکز سطح جسم تخت مایل و غوط ور در داخل سیال، A مساحت سطح موردنظر FP نیروی فشاری وارد بر سطح، مختصات عرض مرکز سطح و مختصات طول مرکز سطح، ممان اینرسی در راستای طول سطح حول مرکز سطح و ممان اینرسی حاصل ضرب سطح حول مرکز سطح خود می باشد.

اثبات روابط: (1) (2) (3) با لنگرگیری در حالت تعادل حول نقطه ی O رابطه ای بین y , M بدست می آید به این صورت: (در حالت شناوری) MgL=R(a+d-y/3) و در حالت غوطه وری محاسبات: جداول مربوط به آزمایش: جدول (1) غوطه وری جدول (2) شناوری جدول (3) غوطه وری جدول (6) شناوری پاسخگویی به سئوالات: 1-چرا در محاسبه گشتاور و نیروهای وارده از طرف مایع بر جسم معلق حول نقطه ی O فقط نیروهای وارد بر سطح چهارگوش سمت راست در نظر گرفته شده است؟

- زیرا به دلیل اینکه جسم معلق نیم دایره ای به مرکز O می باشد تک تک جزء نیروهای وارد بر سطح نیم دایره از مرکز O گذشته و لنگری ایجاد نمی کنند.

بنابراین از محاسبات حذف می‌شوند.

2-چرا مقدار برای سطحی که نسبت به محور X یا Y تقارن داشته باشد صفر است؟

- زیرا به دلیل تقارن سطح حول یک محور اجزاء سطح در لنگرگیری نسبت به محور تقارن همدیگر را خنثی می کنند و لنگرنهایی صفر خواهد شد.

3-نیروهای وارد بر هر کدام از سطوح را در حالت غوطه وری کامل به صورت پارامتری حساب کنید.

سطح مربعی در حالت غوطه وری کامل در حالت غوطه وری جزئی 4-نتیجه گیری کلی را از رسم منحنی بیان کنید.

- منحنی حاصل باید شبیه خط می شد اما به دلیل خطاهای گوناگون از این حالت خارج شده اما در هر حال تاییدی بر روابط تئوری استاتیک سیالات است.

5-دانستن مرکز فشار در چه مواقعی مهم است و اهمیت آن چیست؟

- مرکز فشار به تحلیل سازه های هیدرولیک کمک شایانی می کند.

و می توان نیروهای وارد بر سازه را به صورت یک نیروی متمرکز در نقطه ای به نام مرکز فشار قرار داد این کار در تحلیل سازه هیچ تغییری ایجاد نمی کند.

و امر تحلیل را تسهیل می نماید.

6-حالات مختلف یک جسم غوطه ور در یک سیال به صورت زیر است: الف)جرم حجمی سیال ب) جرم حجمی سیال = جرم حجمی جسم ج)جرم حجمی سیال> جرم حجمی جسم هر یک از حالات فوق را توضیح دهید و معین کنید در هر مرحله جهت تعادل جسم مرکز فشار نسبت به مرکز ثقل O بایستی در چه وضعیتی باشد.

در حالت الف جسم بر روی سیال شناور شده و مرکز ثقل آن بالاتر از مرکز فشار آن می‌شود.

در حالت ب جسم به حالت معلق در آمده و با کوچکترین نیرویی به بالا یا پایین تغیر مکان می دهد.

در حالت ج جسم به سمت پایین سقوط کرده و در سیال غرق می شود.

آزمایش شماره 1: کشش ساده هدف آزمایش: تعیین رفتار ارتجاعی نمونه و مطالعه در رفتار تنش و کرنش آنها شرح دستگاه: دستگاه تشکیل شده از یک بدنه، یک جک و یک کرنش سنج، این دستگاه نمونه را تحت کشش قرار داده و کرنش ها را بر حسب نیروی وارده به نمونه اندازه گیری می کند.

دلیل اینکه دستگاه تحت کشش کار می کند این است که اگر همین کار در فشار انجام شود پدیده ای به نام کمانش اتفاق می افتد که باعث خم شدن و شکست نمونه می شود و نتیجه آزمایش بلااستفاده می شوند.

مشخصات نمونه: نمونه میله ای فولادی است که به شکل استوانه ای با رفین پیچ شده می باشد.

که در دو انتها پهن تر از وسط میله می باشد.

طول قسمت مورد آزمایش نمونه 114mm و قطر این قسمت 12.2mm می باشد.

شرح آزمایش: ابتدا نمونه را در داخل دستگاه قرار داده و آن را در داخل دستگاه فیکس می نماییم.

سپس شروع به جک زدن می کنیم و بعد از هر بار جک زدن مقادیر F بر حسب تن و بر حسب میلیمتر را یادداشت می کنیم.

این مقادیر در جدول زیر داده شده اند.

جدول (1) جدول (2) جدول (3) جدول (4) L0=114 A0=117 mm2 جدول (5) 250300350400450500M(gr)y(cm) 5075100125150200M(gr)y(cm) Y(cm)M(gr) y2Y(cm)M(gr) 250300350400450500M(gr)1011.412.513.714.615.8Y(cm) 5075100125150200M(gr)4566.57.48.8Y(cm) Y(cm)M(gr)0.1787.725.715.85000.221004.514.64500.28111.13.613.74000.42145.832.412.53500.7723.771.311.4300010250 Y2Y(cm)M(gr)2.5877.448.82002.7454.767.41502.9642.256.51252.773661003255753.12516450 3.253.213.223.22.551.91.30.61F(T)0.4.350.30.250.20.150.10.05 4.714.694.674.654.64.454.153.8F(T)1.61.41.210.80.70.60.5 44.284.584.74.84.8F(T)3.63.22.82.421.8 46.946.746.54644.541.53832.532.132.23225.519136.1F(KN)1.41.210.80.70.60.50.40.350.30.250.20.150.10.050.40.3990.3970.3930.380.3550.3250.2780.2740.2750.2740.2180.1620.1110.0520.12280.010530.008770.007620.006140.005260.004390.003510.003070.002630.002190.001750.001320.000870.00044 4042.845.847484847.1F(KN)3.63.22.82.421.81.60.3420.3660.3910.4010.410.410.4020.031580.028070.24560.021050.017540.0150790.01404