АНАЛИЗ ЗНАЧЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Повышение надежности элементов сооружений и деталей машин предъявляет высокие требования к проектным решениям, поскольку конструкция должна быть достаточно прочной, а в необходимых случаях - жесткой и устойчивой и, вместе с тем, иметь наименьшую материалоемкость, трудоемкость изготовления и стоимость. В значительной мере эта задача может быть решена за счет рационального проектирования на основе современных методов прочностных расчетов.
Необходимость введения коэффициентов запаса прочности объясняется следующими обстоятельствами:
а) разбросом в определяемых из опыта величинах σт или σв для данного материала;
б) невозможностью точно установить действующие нагрузки;
в) неточностью принятых методов расчета.
При назначении коэффициентов запаса, а значит и допускаемых напряжений, кроме перечисленных выше соображений необходимо также учитывать и другие факторы:
а) качество и степень однородности материала, например, для стали коэффициент запаса принимается - 1,5; для бетона - 3; для естественного камня, материала весьма неоднородного, коэффициент запаса принимается ~ 10;
б) долговечность и значимость сооружения или машины. Ниже представлена сравнительная таблица значений коэффициентов запаса прочности (табл. 1), в которой можно наблюдать разброс значения.
Таблица 1
Коэффициент запаса прочности (nт, nв) |
||
Материал |
||
Пластичный |
Хрупкий |
|
[1] |
1,4...2,0 |
2,5...5,0 |
[2] |
1,4...1,6 |
2,5...3,0 |
[3] |
1,5...2,0 |
2,5...5,0 |
[4] |
1,5...2,1 |
2,0...2,4 |
Табличный метод выбора допускаемых напряжений и коэффициентов запаса прочности конкретней, проще и очень удобен для пользования. Поэтому во всех случаях, когда имеются специализированные таблицы допускаемых напряжений и коэффициентов запаса прочности, составленные для отдельных деталей и узлов машин научно-исследовательскими институтами, заводами и организациями, проектирующими машины, при выборе допускаемых напряжений и коэффициентов запаса обычно пользуются табличным методом. Дифференциальный метод заключается в том, что допускаемое напряжение или допускаемый коэффициент запаса прочности определяют по соответствующей формуле, которая учитывает различные факторы, влияющие на прочность рассчитываемой детали.
Коэффициенты запаса по отношению к временному сопротивлению даже при постоянных напряжениях в условиях хрупкой прочности выбираются довольно большими, например для серого чугуна порядка 3 и выше. Это связано с тем. что даже однократное превышение максимальным напряжением временного сопротивления вызывает разрушение, а для чугуна это также связано с остаточными напряжениями и неоднородной структурой.
Коэффициент запаса по отношению к пределу текучести материала при расчетах деталей из пластичных материалов под действием постоянных напряжений выбирают минимальным при достаточно точных расчетах, т.е. равным 1,3...1,5. Это возможно в связи с тем, что при перегрузках, превышающих предел текучести, пластические деформации весьма малы (особенно при сильно неоднородных напряженных состояниях деталей) и обычно не вызывают выхода детали из строя. Коэффициенты запаса по пределу выносливости, несмотря на опасный хаpaктер разрушения, выбирают относительно небольшими, т.е. равными 1,5...2,5. Это связано с тем, что единичные перегрузки не приводят к разрушению. При контактных нагружениях коэффициенты запаса можно выбирать равными 1,1...1,3, т.к. возможные повреждения имеют местный хаpaктер. Коэффициенты запаса можно устанавливать на основе дифференциального метода как произведение частных коэффициентов, отражающих: достоверность определения расчетных нагрузок и напряжений - коэффициент S1 = 1...1,5; однородность механических свойств материалов - коэффициент S2; для стальных деталей из поковок и проката S2 = 1,2...1,5; для чугунных деталей S2 = 1,5...2,5; специфические требования безопасности - коэффициент S3 = 1...1,5. Общий коэффициент запаса прочности: S = S1S2S3 [6].
Для строительных специальностей условие прочности записывается как раб σmax = ... < = Ry - расчетное сопротивление (применительно к растяжению, сжатию и изгибу). Для различных напряженных состояний расчетное сопротивление определяется следующим образом: растяжение, сжатие и изгиб - Ry = Ryn/γm; сдвиг - RS = 0,58 Ryn/γm; где γm - коэффициент надежности по материалу, определяемый в соответствии с п.3.2* (СНиП II-23-81*); Ryn - нормативное сопротивление, МПа;
Расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе листового, широкополосного универсального или фасонного проката приведены в таблице 51*, труб в табл. 51,а. (СНиП II-23-81*), расчетные сопротивления гнутых профилей следует принимать равными расчетным сопротивлениям листового проката, из которого они изготовлены, при этом допускается учитывать упрочнение стали листового проката в зоне сгиба.
Для сравнительного анализа использована сталь С590. Данные, полученные при расчете с коэффициентами, взятыми из технической литературы и из СНиП II-23-81 *, сведены в табл. 2.
Таблица 2
Материал |
Значения коэффициента запаса nт/nв |
Доп. диаметр стержня, мм |
Расхождение,% |
Доп. диаметр вала, мм |
Расхождение,% |
Номер прокатного сечения |
Сталь |
1,4-3 |
|
|
|
|
|
nтmin |
1,4 |
48,83 |
3,33
29,31 |
8,32 |
2,23
20,62 |
Двут №27 |
nтср |
1,5 |
50,51 |
8,51 |
|||
nтmax |
3 |
71,45 |
10,72 |
двут №36 |
||
СНиП II-23-81* |
Сталь С590 Ry = 515 МПа |
31,46 |
37,72 |
6,01 |
29,38 |
двут №20 |
nтср |
1,5 |
50,51 |
8,51 |
|
В результате проведенного анализа, установлено, что расхождения коэффициентов запаса прочности объясняются расхождением по различным позициям:
а) материалоемкости;
б) трудоемкости изготовления;
в) стоимости конструкций.
С учетом данных факторов, определено относительное среднее значение коэффициентов запаса прочности для хрупких (nB = 3) и пластичных материалов (nT = 1,5).
В результате проделанной работы получены интересующие значения размеров сечения деталей, выполненных из разных материалов. Разброс этих значений составил от 5 до 30%. Это объясняется различными свойствами материалов (высокая пористость строительных материалов по сравнению с машиностроительными материалами) и требованиями, предъявляемыми к данным видам материалов (высокие требования по прочности машиностроительных материалов).
Список литературы
1. Ицкович Г. М. «Сопротивление материалов». - М.: Высшая школа, 1998.
2. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. - Киев: Наук, думка, 1988.
3. Бородин H.А. Сопротивление материалов. - М.: Дрофа, 2001.
4. Крайнев А.Ф. Детали машин: Словарь - справочник. - М.: Машиностроение, 1992.
5. Гузенков П.Г. Детали машин: учеб. для вузов. - 4-е изд., исп. - М.: Высшая школа, 1986.
6. Решетов Д.Н. Детали машин: учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989.
7. Сопротивление материалов: учебник для вузов; под ред. Д.Ф. Смирнова. -3-е, изд. перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1975.
8. Справочник по сопротивлению материалов / С.П. Фесик. - 2-е изд., перераб. и доп.- Киев: «Будiвельник», 1982.
9. Строительные нормы и правила. СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» Утверждены постановлением Госстроя СССР от августа 1981 г. № 144. РАЗРАБОТАНЫ ЦНИИСК им. Кучеренко с участием ЦНИИпроектстальконструкции Госстроя СССР, МИСИ им. В.В. Куйбышева.
Статья в формате PDF 454 KB...
18 04 2024 13:31:41
Статья в формате PDF 114 KB...
16 04 2024 3:48:25
Эффективность фотопреобразования света в электрический ток ограничено рекомбинационными, тепловыми и другими потерями энергии в структурах солнечных элементов (СЭ). Уравнения, описывающие потери, уточнены с учетом рассредоточения омических потерь в лицевом слое (ЛС). Впервые проведена оценка тепловых потерь, обусловленных эффектом Пельтье, в контактах электрической цепи СЭ. ...
15 04 2024 20:23:31
Статья в формате PDF 113 KB...
14 04 2024 3:30:35
Статья в формате PDF 127 KB...
12 04 2024 3:32:16
Статья в формате PDF 120 KB...
11 04 2024 4:30:40
Статья в формате PDF 104 KB...
08 04 2024 17:49:18
Статья в формате PDF 124 KB...
07 04 2024 22:28:51
Статья в формате PDF 138 KB...
06 04 2024 23:18:38
У плодов человека 10-12 нед обнаружено формирование левых яремных лимфатических стволов. Медиальный ствол спускается к грудному протоку около трахеи и пищевода. Поперечный латеральный ствол выходит из воротного синуса крупного нижнего глубокого латерального шейного лимфатического узла, расположенного на месте медиального отрога яремного лимфатического мешка, проходит позади блуждающего нерва и общей сонной артерии и впадает в начало шейной части грудного протока. ...
05 04 2024 10:54:34
Статья в формате PDF 112 KB...
04 04 2024 12:41:15
Статья в формате PDF 104 KB...
03 04 2024 11:38:28
Статья в формате PDF 113 KB...
02 04 2024 13:40:57
Статья в формате PDF 157 KB...
01 04 2024 13:36:49
Статья в формате PDF 135 KB...
30 03 2024 18:19:29
Статья в формате PDF 120 KB...
29 03 2024 23:16:25
Статья в формате PDF 268 KB...
28 03 2024 9:33:24
Статья в формате PDF 140 KB...
27 03 2024 15:56:39
Статья в формате PDF 111 KB...
26 03 2024 19:55:50
Статья в формате PDF 184 KB...
25 03 2024 9:30:24
Статья в формате PDF 279 KB...
24 03 2024 21:21:37
Статья в формате PDF 103 KB...
23 03 2024 5:55:16
Статья в формате PDF 274 KB...
22 03 2024 4:27:13
Статья в формате PDF 194 KB...
21 03 2024 23:47:11
Статья в формате PDF 108 KB...
20 03 2024 14:59:32
Статья в формате PDF 134 KB...
18 03 2024 7:13:41
Статья в формате PDF 259 KB...
17 03 2024 0:23:43
Статья в формате PDF 110 KB...
16 03 2024 11:45:17
Статья в формате PDF 131 KB...
15 03 2024 20:44:26
Статья в формате PDF 113 KB...
14 03 2024 21:56:32
Статья в формате PDF 145 KB...
13 03 2024 21:20:33
Статья в формате PDF 117 KB...
12 03 2024 11:50:45
Статья в формате PDF 128 KB...
11 03 2024 16:35:21
Статья в формате PDF 135 KB...
10 03 2024 19:40:56
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::