Коефіцієнт запасу міцності будь-якого елемента конструкції дорівнює відношенню граничного навантаження, викликає втрату міцності елемента, до навантаження, що створює допустиму напругу. При цьому під втратою міцності розуміється не тільки руйнування елемента, але і поява в ньому залишкових деформацій. Тому для елемента конструкції, виконаного з пластичного матеріалу, граничною напругою межа плинності. У більшості випадків робочі напруги в елементах конструкції пропорційні навантаженням, а тому коефіцієнт запасу визначається як відношення межі міцності до допустимого напрузі (коефіцієнт запасу по межі міцності). Так, якщо межа міцності конструкційної сталі дорівнює 540 мпа, а допустима напруга — 180 мпа, то коефіцієнт запасу дорівнює 3.
Допустима (допустима) напруга-це значення напруги, яке вважається гранично прийнятним при обчисленні розмірів поперечного перерізу елемента, що розраховується на задану навантаження. Можна говорити про допустимі напругах розтягування, стиснення і зсуву. Допустимі напруги або пропонуються компетентною інстанцією (скажімо, відділом мостів управління залізниці) , або вибираються конструктором, обізнаним властивості матеріалу і умови його застосування. Допустимим напругою обмежується максимальна робоча напруга конструкції.
В опорі матеріалів велика увага приділяється висновку співвідношень між заданими навантаженнями, розмірами і формою елемента несучої конструкції ці навантаження або опорного їм, і напругами, що виникають в певних перетинах елемента конструкції. Як правило, мета розрахунків полягає в тому, щоб знайти необхідні розміри елемента, при яких максимальна робоча напруга в ньому не буде перевищувати допустимого.
При проектуванні конструкцій ставиться мета створити конструкцію, яка, будучи надійною, в той же час була б гранично легкою і економічною. Надійність забезпечується тим, що кожному елементу надають такі розміри, при яких максимальна робоча напруга в ньому буде певною мірою менше напруги, викликає втрату міцності цим елементом. Втрата міцності не обов’язково означає руйнування. Машина або будівельна конструкція вважається відмовила, коли вона не може задовільно виконувати свою функцію. Деталь з пластичного матеріалу, як правило, втрачає міцність, коли напруга в ній досягає межі плинності, так як при цьому через занадто великий деформації деталі машина або конструкція перестає відповідати своєму призначенню. Якщо ж деталь виконана з крихкого матеріалу, то вона майже не деформується, і втрата нею міцності збігається з її руйнуванням.
1.4.10. Для елементів і апаратів, розраховуються не за граничними навантаженнями (наприклад, фланцевих з’єднань) допустимі напруги повинні визначати відповідно до нормативно-технічної документації, затвердженої в установленому порядку.
Межа повзучості іспользуютдля визначення допустимого напруги в тих випадках, коли відсутні данніепо межі тривалої міцності або за умовами експлуатації необмежити величину деформації (переміщення).
4.3 в основу методів розрахунку на прочностьбольшінства елементів судин прийнятий метод розрахунку за граничними навантаженнями. Дляудобства розрахунку коефіцієнти запасу міцності до граничних нагрузкамучітіваются при визначенні допустимих напруг. Для окремих елементів (наприклад, фланцевих з’єднань) або умов навантаження, наприклад пріпеременних навантаженнях, розрахунок ведеться по допустимих напруг.
Так як деталі і споруди в цілому повинні безпечно працювати і при цих несприятливих умовах, то необхідно вжити певних запобіжних заходів. З цією метою напруги, що забезпечують безвідмовну роботу (експлуатації) машини або будь-якого іншого споруди, повинні бути нижче тих граничних напруг, при яких може статися руйнування або виникнути пластичні деформації.
При будівництві вагонів широко застосовуються вуглецеві і низьколеговані сталі. Для виготовлення основних несучих елементів вагонів (рам візків, хребетних і шкворневих балок, каркаса і обшивки кузова) найбільше застосування має низьколегована сталь марки 09г2д, що володіє підвищеною міцністю і корозійною стійкістю. При будівництві нових вантажних вагонів в десятій п’ятирічці будуть використані і низьколеговані сталі 10хндп і 10г25д.
Допустимі напруги і коефіцієнти запасу міцності для різьбових з’єднань наведені в таблицях 1.2 і 1.3. Вони враховують точність розрахункових формул, характер навантаження, якість монтажу з’єднання (контрольована або неконтрольована затягування) і т.д.
При виборі матеріалу враховують умови роботи (температуру, корозію і т. П.), значення і характер навантаження (статична або змінна), спосіб виготовлення і обсяг виробництва. Наприклад, стандартні кріпильні вироби загального призначення виготовляють з низько — і середньовуглецевих сталей типу сталь 10… Сталь 35. Ці дешеві стали дозволяють виробляти великі партії болтів, гвинтів і гайок методом холодної висадки або штампування з подальшою накаткою різьблення. Леговані сталі 35х, 30хгса застосовують для високонавантажених деталей при змінних і ударних навантаженнях, при високих температурах, в агресивних середовищах і т. Д.
У тих випадках, коли збільшення маси конструкції, пов’язане зі збільшенням діаметра болтів, є невиправданим (наприклад , авіабудування), застосовують контрольовану затяжку. Можливість значного збільшення статичного навантаження болтів зі сталі 20 при контрольованій затягуванні показана в таблиці 1.4.
Для визначення допустимих напруг в машинобудуванні застосовують такі основні методи.
1. Диференційований запас міцності знаходять як добуток ряду приватних коефіцієнтів, що враховують надійність матеріалу, ступінь відповідальності деталі, точність розрахункових формул і діючі сили та інші фактори, що визначають умови роботи деталей.
2. Табличний-допустимі напруги приймають за нормами, систематизованим у вигляді таблиць
(табла. 1 – 7). Цей метод менш точний, але найбільш простий і зручний для практичного користування при проектувальних і перевірочних міцнісних розрахунках.
У роботі конструкторських бюро і при розрахунках деталей машин застосовуються як диференційований, так і.табличний методи, а також їх комбінація. В табл. 4-6 наведені допустимі напруги для нетипових литих деталей, на які не розроблені спеціальні методи розрахунку і відповідні їм допустимі напруги. Типові деталі (наприклад, зубчасті і черв’ячні колеса, шківи) слід розраховувати за методиками, що наводяться у відповідному розділі довідника або спеціальній літературі.
Наведені допустимі напруги призначені для наближених розрахунків тільки на основні навантаження. Для більш точних розрахунків з урахуванням додаткових навантажень (наприклад, динамічних) табличні значення слід збільшувати на 20 – 30 %.
Допустимі напруги дані без урахування концентрації напруг і розмірів деталі, обчислені для сталевих гладких полірованих зразків діаметром 6-12 мм і для необроблених круглих чавунних виливків діаметром 30 мм. При визначенні найбільших напруг в розраховується деталі потрібно номінальні напруги σ ном і τ ном множити на коефіцієнт концентрації k σ або k τ :
1. Допустимі напруги*
Для вуглецевих сталей звичайної якості в гарячекатаному стані
2. Механічні властивості і допустимі напруги
Вуглецевих якісних конструкційних сталей
3. Механічні властивості і допустимі напруги
Легованих конструкційних сталей
4. Механічні властивості і допустимі напруги
Для виливків з вуглецевих і легованих сталей
5. Механічні властивості і допустимі напруги
Для виливків з сірого чавуну
6. Механічні властивості і допустимі напруги
Для виливків з ковкого чавуну
Для пластичних (незагартованих) сталей при статичних напругах (i вид навантаження) коефіцієнт концентрації не враховують. Для однорідних сталей (σ в>1300 мпа, а також в разі роботи їх при низьких температурах) коефіцієнт концентрації, при наявності концентрації напруги, вводять в розрахунок і при навантаженнях i виду (k>1). Для пластичних сталей при дії змінних навантажень і при наявності концентрації напруг ці напруги необхідно враховувати.
Для чавунів в більшості випадків коефіцієнт концентрації напруг наближеноДопустиме напруга для матеріалу розраховується із заданих механічних характеристик. Наявність межі плинності означає, що матеріал-пластичний.
4. Визначаємо величину потрібної площі поперечного перерізу бруса і підбираємо розміри для двох випадків.
Перетин-коло, визначаємо діаметр.
Отриману величину округляємо в більшу сторону d = 25 мм, а = 4,91 см 2 .
Перетин — рівнополочний куточок № 5 по гост 8509-86.
Найближча площа поперечного перерізу куточка-а = 4,29 см 2 (d = 5 мм). 4,91>4,29 (додаток 1).
Контрольні запитання та завдання
1. Яке явище називають плинністю?
2. Що таке «шийка», в якій точці діаграми розтягування вона утворюється?
3. Чому отримані при випробуваннях механічні характеристики носять умовний характер?
4. Перерахуйте характеристики міцності.
5. Перерахуйте характеристики пластичності.
6. У чому різниця між діаграмою розтягування, викресленою автоматично, і наведеною діаграмою розтягування?
7. Яка з механічних характеристик вибирається в якості граничного напруги для пластичних і крихких матеріалів?
8. У чому відмінність між граничним і допустимим напругами?
9. Запишіть умову міцності при розтягуванні і стисненні. Чи відрізняються умови міцності при розрахунку на розтяг і розрахунку на стиск?
Дайте відповідь на питання тестового завдання.
