Teknologi og forskningslære Lag ditt eget testlaboratorium for materialer og konstruksjoner

Transkript

1 ConTre Teknologi og forskningslære Lag ditt eget testlaboratorium for materialer og konstruksjoner Tekst og foto: JJJ Consult As

2 ConTre prøverigg ConTre Innledning Denne presentasjonen viser vi hvordan du kan lage ditt eget testlaboratorium for materialer og konstruksjoner. Vist blir: - Hvordan du lager og bruker din egen testrigg (ConTre) - Hvordan du lager og bruker en målebro og utfører målinger med strekklapper Hvordan du utfører materialtester i ConTre testrigg Hvordan du utfører konstruksjonstesting med modeller i ConTre testrigg

3 ConTre Testrigg For bruk i ditt eget testlaboratorium for materialer og konstruksjoner

4 ConTre testrigg ConTre testrigg ConTre testrigg er en enkel prøverigg for trykk og strekkforsøk. Den er egnet til å prøve materialer som betong, gips, (små sylindre), ståltråd og tråd av ulike metaller, tau, samt prøve-stykker av tre og plast. Den kan også benyttes til å teste bæreelementer som staver, bjelker, skiver og skall. Du kan teste konstruksjonsmodeller av broer (eksempel fagverk).

5 ConTre testrigg Testriggen har en lastkapasitet på 10 kn (1000kg). Det er imidlertid ikke nødvendig å utnytte kapasiteten fult ut, (spesielt ved strekkforsøk) I første omgang kan en benytte testriggen med enkleste utgave av lastceller ved å benytter en eller to badevekter. Med to badevekter (Se bildet) har en en registrerbar lastkapasitet på ca 2000N (200kg). Lastcelle badevekt

6 Jens Jacob Jensen ConTre testrigg Lastkapasitet maks 10kN (1000kg

7 ConTre testrigg Anskaffelse Du kan lage testriggen selv og også kjøpe delene. For å lage prøveriggen selv, kan arbeidstegninger, materialliste, byggebeskrivelse og bruksanvisning bestilles pr E-post (kr.100,-). (oppgi postadresse) Om kort tid kan delene kjøpes som byggesett.

8 ConTre testrigg Materialprøving Materialprøving Prøving av forskjellige materialer i testrigg uten målebro. Enkle badevekter benyttes som lastceller. Prøveobjekt er her en bjelke (trelist, plastrør, stålstang). For økende last (i lasttrinn) måles forskyvninger med et digitalt skyvelære. Resultatene gir oss opplysninger om ulike materialers styrke og elastisitetsforhold Materialprøving for prosjektering av lekestativ i skolegården.

9 ConTre testerigg Lastcelle For å registrere last må en benytte en lastcelle under lasten. Det er utviklet en egen lastcelle som er egnet til bruk i prøvingsriggen. Den baseres på strekklapp-måling og bruk av målebro, utstyr som det går an å lage og bygge selv. Bildet viser materialprøving av betong (mini betong-sylinder) Materialprøving betong

10 ConTre testrigg Konstruksjonsprøving Konstruksjonsprøving Testriggen kan også benyttes til konstruksjonsprøving, her vist for en modell av en fagverksbro (ConTre modellbro). Med kalibrerte lastceller og målebro kan laster bestemmes. Deformasjoner kan måles med digitalt skyvelære. Vil en bestemme krefter i en stav i fagverket, kan de instrumenteres med strekklapper koblet til målebro. Et riktig laboratorieforsøk!

11 ConTre testrigg ConTre prøverigg for konstruktiv prøving av uarmerte og armerte betongbjelkemodeller Illustrasjon av bruddtyper og bæreevne Konstruksjonsprøving

12 ConTre testrigg Strekkprøving ConTre testrigg klargjort for strekkprøving av snor/ståltråd. Prøvestykket er montert mellom platene 1c og 1d. Mutterne A1 er skrudd opp. Jekk støtter seg på trekloss. Som lastcelle benyttes en badevekt. Deformasjoner (forlengelse av tråd) måles ved hjelp av digitalt skyvelære

13 ConTre prøverigg Øvinger Det er utarbeidet forslag til flere øvinger. Her er et eksempel fra forsøket lag og kalibrer din egen badevekt. Bildet fra forsøk. Resultatet vises under

14 ConTre Målebro og strekklapper For bruk i ditt eget testlaboratorium for materialer og konstruksjoner

15 Målebro En målebro er et instrument som benyttes ved måling av tøyninger med strekklapper. Indirekte kan en også bestemme krefter i en konstruksjon med dette utstyr. Det er laget en egen målebro for bruk i skolene og spesielt egnet for ditt laboratorium Målebroen er utviklet i et TIGRIS -NTNU-prosjekt i et samarbeide mellom Skolelaboratoriet NTNU, JJJ Consult AS og firma. Andreas Gurk elektronikk. Målebroen kan leveres ferdige eller som byggesett.

16 Målebro Målebroene kan leveres ferdige eller som byggesett. For byggesettene (nedre bilde) er det utarbeidet detaljert bygge-veiledning som følger med. Bruk av målebroen i måleteknisk sammenheng er gitt i brukerveiledning. Prinsippene og teorien bak en målebro, finner du i boken: Rossing, N.Kr: Grunnleggende elektronikk og sensorteknikk. Skolelaboratoriet NTNU (2008)

17 Målebro Sider fra bygge- og bruksanvisning (utarbeidet av N.Kr. Rossing)

18 Målebro Anskaffelse Målebroen kan kjøpes som ferdig eller som byggesett. Med byggesettet og den ferdige målebroen følger byggeveiledning og bruksanvisning. Forespørsel og bestilling gjøres pr E-post Veiledende pris pr målebro, ferdig N kr. 2500,00 (inkl. mva), Veiledende pris pr byggesett målebro N kr 2100,00 (inkl. mva) (Frakt i tillegg) Kun et begrenset antall målebroer er produsert for lager. Når dette er gått, vil ny serier bli produsert. Noe leveringstid må da påregnes..

19 Strekklapper Strekklapp og strekklapp montert på stålstav Strekklapper er et lite måleinstrument for å måle deformasjon av et materiale. Vi har typer strekklapper som foliestrekklapp, trådstrekklapp, og halvlederstrekklapp. Felles for alle er at de endrer sine elektriske egenskaper (motstand) når de tøyes, dvs. (strekkes, eller stukes). Ved å måle endring i motstanden, kan tøyning bestemmes. Kjenner en materialets elastiske egenskaper kan en beregne tilhørende krefter.

20 Strekklapper Liming av strekklapper kan du selv utføre. Det krever noe øvelse, men går fint. Veiledning i liming og montasje av strekklapper, skritt for skritt, følger med kjøp av målebro.

21 Strekklapper Målebro Med strekklapper kan du lage lastceller for prøveriggen og du kan lage sensorer for å måle krefter i stavene i en modellfagverksbro (ConTre). Bildene viser fagverksbro med instrumenterte staver, eske med målebro og sensorer for å bestemme krefter i fagverk samt lastceller for testrigg. Registrering kan gjøres manuelt eller ved tilkobling til en datalogger

22 ConTre Prøveobjekter For bruk i ditt eget testlaboratorium for materialer og konstruksjoner

23 Prøveobjekter ConTre Prøveobjekter betong For å illustrere armert betong og dens virkemåte, lager vi små betongbjelker som vi senere skal prøvelastes i testriggen. Vi ønsker å her å være med på hele prosessen med å lage bjelkene, dvs. lage form (forskaling), proporsjonere betongen, støpe og senere prøve bjelkenes styrke og bruddformer. Vi skal også utføre materialprøving som kan gi grunnlag for beregninger. Utvikling av opplegg for betongprøving er støttet av Norsk Betongforening

24 ConTre Støpeform Det er utviklet et eget system for bygging av armerte minibetongbjelker. (Contre) Systemet består av en støpeform bygget opp av enkelte elementer og som kan skrus sammen for støp, og som kan tas fra hverandre ved avforming og for vask og rengjøring. To endestykker benyttes som stoler og gjør det lettere å binde armeringen.

25 ConTre Formtegninger Formtegninger for ett-spennsog to-spennsbjelker er laget samt liste over materialer og støpeanvisninger er satt opp. Miniatyrbjelkene er egnet til å prøve i lastriggen. Tegninger kan på forespørsel tilsendes (kr 100,-). Interesserte henvender seg via E-post til jjj@jjjcon.no Veiledningshefte i form av CD med er under utarbeidelse Jens Jacob Jensen

26 Miniatyrbjelker i armert betong ConTre

27 ConTre ConTre Prøveobjekter modellbroer i tre For å illustrere konstruksjoners bærevirkning, kan modeller testes i ditt eget laboratorium. Vi velger her å benytte fagverk fra ConTre modellbyggesett. En diagonal i tre fra fagverket erstattes med en diagonal i stål, instrumentert med en strekklapp. I testriggen belastes fagverket og stavkraften beregnes ut fra målte tøyninger. Vi kan også måle nedbøyninger Vi kan nå kontrollerer (verifisere) våre beregninger (se neste side)

28 ConTre Du kan beregne kreftene i fagverket for eksempel ved hjelp av beregningsprogrammet Bridge Designer. Du finner det på følgende nettadresse: Materialegenskapene til stavene i fagverket: elastisitetsmodul og styrke får en ved strekkforsøk, se nedre figur) Enkeltsett Contre Brofagverk kan bestilles på nettsiden

29 ConTre Bygg og prøv din egen bro Dette kan benyttes i forbindelse med undervisning i den videregående skole, enten som øving for yrkedsrettet linje bygg, eller for faget TOF, da som en oppgave for den unge ingeniøren. Konstruksjon og praktisk bygging av en bro i liten og stor skala kan kombineres med disipliner som beregning, tegning, prøving og måleteknikk. Med den måleteknikk som her er vist, er dette mulig

30 ConTre Veiledningshefter undervisningsmateriell Veiledningshefter med tekst og bilder, øvingsoppgaver og bruksanvisninger for det viste utstyr, er under utarbeidelse og vil bli samlet i dels i papirformat, dels i digital form under tittelen: Konstruksjoner og måleteknikk - Emner for TOF Veiledningsheftene vil følge med leveranse av utstyr som testrigg og målebro Det henvises også til materiell utarbeidet ved Skolelaboratoriet NTNU

31 ConTre Sluttord Ideen til å lager et opplegg for Ditt eget testlaboratorium kom fra erfaringene fra Teknologiverkstedet NTNU. Skolene kan med dette lage sitt eget testlaboratorium for materialer og konstruksjoner. Kombinert med modellbyggesettet ConTre, kan modeller bygges og prøves. Samarbeid med skolelaboratoriet NTNU med støtte fra TIGRIS NTNU, har gjort det mulig å realisere temaet måleteknikk og konstruksjoner i TOF for vgs. Det passer rett inn i Læreplanen for TOF.