Оглавление:
Основания для выбора коэффициента запаса прочности
- Причины выбора коэффициента безопасности. D. In в предыдущем параграфе мы подробно изучили, как рассчитать напряжения, механические свойства материала при растяжении и сжатии, а также в соответствии с условиями работы конструкции определить конкретный тип материала (пластический). Для установления величины допустимого напряжения, подходящего для различных случаев работы нагрузки, приведенных данных пока еще недостаточно. Все величины, характеризующие механические свойства материала (предел прочности при растяжении, относительное удлинение, предел пропорциональности и др.).)
Получается из лабораторных экспериментов под действием статических нагрузок. Аналогично для случая статического действия этих сил выведено уравнение, связывающее величину нормального напряжения а со значением сжимающей или растягивающей силы Р; предполагается, что внешняя сила и напряжение, приложенные к режущей части стержня, взаимно уравновешены. С другой стороны, во многих случаях приходится справляться с нагрузками, которые меняются шокирующе или систематически.
С одной стороны, хрупкий материал и пластичный материал по-разному реагируют на воздействие нагрузки как материала, а с другой стороны, Людмила Фирмаль
напряжение в этом случае отличается от статической нагрузки. Этот вопрос более подробно рассматривается в главе, посвященной динамической нагрузке. Здесь мы обращаем внимание только на то, что при динамическом действии нагрузки напряжение обычно выше, чем при статическом действии той же нагрузки. Это положение подтверждается экспериментами и может быть доказано теоретически. Отношение напряжения od, вызванного динамическим действием нагрузки, к напряжению O, вызванному статическим действием той же нагрузки, называется динамическим коэффициентом, и a’D: Величина динамического коэффициента
зависит от характера динамической нагрузки, в некоторых случаях она достигает очень высокого значения. Б. сопротивление материала к нагрузкам систематически меняя в размере или величине и знаке значительно отличается от сопротивления материала к статическим и ударным нагрузкам. Например, если вы добавляете стальные стержни попеременно для натяжения и сжатия несколько раз, вы можете увидеть:, 3Н. м. Беляев, экспериментальное исследование растяжения и сжатия[гл.] После определенного количества изменений напряжений стержень в некоторых случаях трескается, а затем разрушается со значительно меньшим напряжением, чем предел прочности при растяжении. Даже в случае пластических материалов остаточная деформация разрушенного таким образом
- образца очень мала, наблюдается хрупкое разрушение. Явление разрушения материала под действием переменного напряжения, которое меньше предела прочности на растяжение, называется усталостным явлением. Это название не соответствует физическим свойствам явления, но сегодня оно настолько укоренилось, что его используют. Эксперименты показывают, что по мере изменения напряжения и сжатия, по мере уменьшения величины рабочей силы, количество изменений этой силы, необходимых для разрушения образца, увеличивается, для каждого материала образец имеет максимальное значение нормального напряжения o, которое может выдерживать почти неограниченное количество изменений силы без разрушения. Это напряжение обозначается ОК и называется пределом выносливости или усталости. До тех пор, пока фактическое давление элемента не превысит этого предела, никакого разрушения
не произойдет, даже если многократно напряжение не изменит своего значения. Поэтому в случае систематического изменения нагрузки необходимо установить новое механическое свойство материала, то есть предел выносливости. Подробное исследование усталости материалов при различных видах нагрузок описано в главе XXXVII. Все вышеперечисленное следует учитывать при выборе допустимых растягивающих и сжимающих напряжений, либо равных при определении запаса прочности к по формуле (см.§ 4).): Н=Т — <3-4) Этот коэффициент необходимо подбирать таким образом, чтобы величина нормального напряжения, действующего на все поперечное сечение, не превышала предела упругости (или предела текучести) материала, иначе стержень будет деформироваться.
Под ударной нагрузкой следует отдавать, ее напряжение обычно повышается. Поскольку в этом случае напряжение обычно вычисляется исходя из статической силы, то динамическое Людмила Фирмаль
воздействие нагрузки необходимо учитывать для соответствующего увеличения запаса прочности. Что касается локальных напряжений (см. 16), то можно допустить их переход за пределы упругости и текучести пластических материалов при отсутствии переменных нагрузок. в этом случае мы рассмотрим основание для выбора коэффициента запаса прочности (§ 17), который составляет 67%. Мы получаем остаточную деформацию только для такой небольшой части стержня, которая работает в этой ситуации н е Если это так, то так оно и есть. С появлением остаточных деформаций локальные напряжения перестают возрастать и частично выравниваются. В хрупких материалах этого преимущества нет(§ 16): для них, в частности, должны быть назначены коэффициенты увеличения
запаса И С точки зрения ударопрочности он намного ниже пластика. При переменных нагрузках, когда необходимо учитывать возможность возникновения усталостных трещин, необходимо учитывать локальные напряжения, а для появления предусталостных трещин даже в пластических материалах, в любом месте стержня, фактическое напряжение должно превышать предел выносливости. Так м ест ны напряжения более распространенные(действует Щ сечение большей части на нее), то опасность вызвана появлением трещин и тем, что именно на локальном участке. Так как подбор сечений мы осуществляли, исходя из величины максимального
суммарного напряжения на условиях °тах-Р[О]= , В этом случае резервный коэффициент для допустимого общего напряжения должен быть выбран таким образом, чтобы напряжение m e не превышало допустимого предела. Это часто требует значительного увеличения коэффициента К по сравнению со случаем статических нагрузок. В материалах N La St и h n s x, когда предел прочности выше предела текучести, явление текучести уменьшает возможность их диффузии, поэтому важно учитывать размер буфера. В случае материалов x p K и x без плоскостей течения риск возникновения усталостной трещины при переменных нагрузках полностью сохраняется, а коэффициент запаса регулируется в соответствии со статической нагрузкой. Поэтому выбор
коэффициента запаса определяется характеристиками материала и способом нанесения внешнего с-ила, так что хрупкий материал обычно имеет больше материала, чем пластик. D. При выборе допустимых напряжений следует учитывать многие другие ситуации. Величину сил, содержащихся в наших расчетах, мы точно не знаем.; 3 * 68 экспериментальное исследование растяжения и сжатия[гл., Наши представления о методах наших расчетов, о взаимодействии отдельных частей конструкции, как правило, упрощаются и аппроксимируются. Факторы, которые покрывают все эти неточности, могут быть неизбежны, и наши расчеты могут быть использованы. Чем более неоднороден материал, тем меньше будет знать фактическая нагрузка, тем больше упрощается соединение
отдельных конструктивных элементов, этот коэффициент необходимо подбирать в большом количестве случаев, чтобы дать «запас на износ», поскольку детали рабочей машины изнашиваются. Аналогично, в инженерных конструкциях из металла и дерева следует учитывать возможность возникновения коррозии и коррозии. С другой стороны, есть конструкции (самолеты), которые нужно итти до предела, снижая коэффициент запаса, чтобы уменьшить вес. Аналогичным образом инженер должен уменьшить коэффициент запаса при выполнении работ в условиях военного времени. Поэтому правильный выбор допустимых напряжений
является очень сложной задачей, связанной с расчетными методами, методами исследования материалов, экономическими и другими факторами. Выбор определенного значения допустимого напряжения определяет расход этого материала, а также форму его применения в конструкции. Таким образом, очевидно, что в Советском Союзе проблема переносимого стресса неразрывно связана с проблемами регулирования и планирования экономической жизни страны. Во многих конструкциях нормы допустимых напряжений установлены законом, и инженер должен уметь только правильно
время, инженеры могут отклоняться от этих норм. D. Обобщая все вышесказанное, можно сформулировать следующие основные соображения: Коэффициенты запаса были выбраны в расчете на то, что для работы конструкции был предусмотрен известный запас для появления так называемого опасного состояния материала, которому угрожает опасность.
Смотрите также:
