Vrijednost faktora sigurnosti. Otpornost materijala. Stres i naprezanje
Kao rezultat testova zatezanja i kompresije dobijamo osnovne podatke mehanička svojstva materijal. Sada ćemo razmotriti pitanje kako koristiti dobivene rezultate ispitivanja u praktičnim proračunima inženjerskih konstrukcija za čvrstoću.
Kao što je već navedeno u glavnom i najčešćem je metoda izračunavanja napona. Prema ovoj metodi, proračuni čvrstoće se zasnivaju na najvećem naponu koji se javlja u nekoj tački opterećene strukture. Napon se naziva maksimalni radni napon. Ne bi trebalo da pređe određenu vrednost svojstvenu ovom materijalu i radnim uslovima strukture.
Faktor sigurnosti, poznat i kao faktor sigurnosti, je pojam koji opisuje strukturalni kapacitet sistema koji premašuje očekivano opterećenje ili stvarno opterećenje. Generalno govoreći, faktor sigurnosti je odnos maksimalnog opterećenja prema predviđenom opterećenju koje konstrukcija ili stroj mogu izdržati.
Stres i naprezanje
Postoji jedna važna stvar koju možete naći u različitim direktorijima. Postoje dva načina za predstavljanje faktora sigurnosti. Razlika između faktora sigurnosti i izračunatog koeficijenta je sljedeća: faktor sigurnosti je koliko je realan projektirani dio može izdržati. Konstruktivni faktor je ono što je potrebno za održavanje ovog objekta. Izračunati faktor se određuje za aplikaciju i nije stvarni izračun, faktor sigurnosti je odnos maksimalne sile prema očekivanom opterećenju za stvarni element koji je projektovan.
Izračunavanje naprezanja vrši se prema formuli
gdje je neki ograničavajući stres za dati materijal; broj veći od jedan, nazvan faktor sigurnosti ili jednostavno margina. Obično se dešava da su dimenzije strukture već poznate i dodijeljene, na primjer, iz operativnih razmatranja ili razmatranja proizvodnosti. Izračun snage je kalibracija. U ovom slučaju, faktor sigurnosti se izračunava i određuje.
Ovo može izgledati slično, ali razmislite o tome: recite da greda u dizajnu treba da ima faktor dizajna. Inženjer je izabrao snop koji može da podnese 10 puta veći teret. Izračunati koeficijent je i dalje jednak 3, jer ovaj zahtjev mora biti ispunjen, greda jednostavno prelazi zahtjev i njegov koeficijent sigurnosti. Faktor sigurnosti mora uvijek zadovoljiti ili premašiti zahtijevani faktor dizajna ili dizajn nije adekvatan. Usklađenost sa traženim faktorom konstrukcije u preciznosti znači da struktura odgovara minimalnoj dozvoljenoj čvrstoći.
Ako ova zaliha zadovoljava projektanta, smatra se da je izračun kalibracije dao pozitivan rezultat.
Kada je konstrukcija u fazi projektovanja i neke karakteristične dimenzije moraju biti dodijeljene direktno iz zahtjeva čvrstoće, vrijednost se unaprijed određuje. Potrebna veličina se dobija iz stanja
U kolokvijalnom radu, izraz "traženi faktor sigurnosti" je funkcionalno ekvivalentan izračunatom koeficijentu. Početni nagib je tamo gdje je napon direktno proporcionalan naprezanju, a do tog trenutka materijal vraća brijanje nakon uklanjanja opterećenja.
Kada se nakon ove tačke primijeni stres, počinje izglađivanje, što smanjuje područje presjek materijal čini uzorak slabijim. Krajnja čvrstoća ili vlačna čvrstoća ili krajnja vlačna čvrstoća je sposobnost materijala da izdrži vlačna opterećenja. Konačna vlačna čvrstoća se mjeri maksimalnim naprezanjem koje materijal može izdržati kada se rasteže ili povuče prije lomljenja. U istraživanju čvrstoće materijala, vlačne čvrstoće, čvrstoće na pritisak i čvrstoće na smicanje mogu se nezavisno analizirati.
gdje je dozvoljeni stres.
Ostaje da se odluči na pitanje kako uzeti napon za granicu i kako dodijeliti
Da bi se izbeglo stvaranje vidljivih ostataka deformacija u radnoj konstrukciji, granica popuštanja se obično uzima kao vrednost za plastične materijale. Tada je najviši radni napon frakcija (Slika 1.54) Za koeficijent u ovom slučaju
Maksimalna vlačna čvrstoća se mjeri univerzalnom mašinom za testiranje. Uzorak materijala standardnih dimenzija pričvršćen je u mašini i podvrgnut je vlačnom opterećenju, tj. Izduženoj ili pratećoj hidrauličnoj sili. Čim se mašina pokrene, počinje povećavati opterećenje uzorka. Tokom testiranja, kontrolni sistem i pripadajući softver bilježe opterećenje i širenje ili skupljanje uzorka.
U krivoj naprezanja za viskozni materijal, krajnja vlačna čvrstoća je najviša točka krivulje na osi naprezanja. Ako se vučna sila povećava iznad graničnog naprezanja, deformacija se povećava, odnosno uzorak počinje da se širi u plastičnoj fazi, što dovodi do smanjenja napetosti i uklanjanja vučne sile, tako da uzorak nije u stanju da povrati svoj oblik. U ovoj fazi, uzorak se podvrgava deformaciji i pukotinama uz daljnje povećanje vučne snage.
označava se i naziva se koeficijent prometa. Za krhke, au nekim slučajevima i za umereno duktilne materijale, oni uzimaju zateznu čvrstoću
Kožni materijal čini stvaranje konusa i konusa tokom loma. Faktor sigurnosti može se definirati kao omjer krajnje čvrstoće i izračunate snage. To je konstantan faktor koji se razmatra za projektovanje komponenti ili strukture mašine izvan radne snage.
Zgrade obično koriste faktor sigurnosti od 0 za svaki strukturni element. Vrijednost za zgrade je relativno mala, jer su opterećenja dobro razumljiva i većina struktura je suvišna. posude pod tlakom koriste od 5 do 0, vozila koriste 0, a avioni i letjelice koriste od 2 do 0, ovisno o primjeni i materijalima. Kovan, metalnih materijala imaju tendenciju da koriste manje, dok krhki materijali koriste više vrednosti.
gdje - faktor sigurnosti za vlačnu čvrstoću.
Kao što je navedeno u izračunu napona nije jedino moguće.
Ako se proračun provodi na maksimalnom opterećenju, onda se pojam margine na maksimalnom opterećenju može uvesti na isti način.
Cena predmeta zavisi od faktora sigurnosti. To je jedan od najčešćih tipova naprezanja na metalnim komponentama i konstrukcijama. Na taj način se obrađuje energija, kao da pokušava izvući izratak kao guma. Da bi se postigla granica popuštanja, gredica ima elastični oblik. Od prednje strane do kvara, predforma ima plastični oblik.
Zatezna čvrstoća daje najveću snagu za lomljenje obratka. Obično se uništavanje ne događa sa postizanjem vlačne čvrstoće, već počinje da sužava materijal. Razaranje komponente nastaje nakon što je suženo područje poprečnog presjeka postalo premalo da izdrži sile koje nastaju.
gdje - maksimalno i radno opterećenje. U slučaju izračunavanja krutosti
gdje je ograničenje i radni pomak.
Vrednost se bira na osnovu više različitih razmatranja koja, u većini slučajeva, prevazilaze pitanja koja se razmatraju tokom otpora materijala.
Granica istezanja sa neizraženim graničnim zatezanjem i Hooke-ovom ravnom linijom
Za izračunavanje sile je podijeljena površina poprečnog presjeka i postignuto je naprezanje. U slučaju poprečnog presjeka, odlučujuća je najtanja točka ili lokacija s najmanjom površinom poprečnog presjeka. Ovo je posebno važno za navojne spojeve, jer je zavrtanj sa spoljnim i manjim unutrašnjim prečnikom usled reznog navoja. Neki materijali nemaju izraženu granicu tečenja, a za te materijale se koristi granica tečenja od 0, 2% umjesto granice tečenja za ove materijale.
Prije svega, faktor sigurnosti se ne može dodijeliti bez uzimanja u obzir specifičnih radnih uvjeta izračunate strukture. Koeficijent je bitno određen na osnovu praktičnog iskustva stvaranja sličnih struktura za prošlo vrijeme i nivoa razvoja tehnologije u ovom periodu. U svakoj oblasti tehnologije već je razvijena sopstvena tradicija, njeni zahtevi, sopstvene metode i, na kraju, sopstvena specifičnost proračuna, u skladu sa kojima je dodeljen faktor sigurnosti. Stoga, prilikom projektovanja stacionarnih građevinskih konstrukcija koje su dizajnirane za dugi vijek trajanja, one uzimaju prilično velike vrijednosti faktora sigurnosti. U aeronautičkom inženjerstvu, gdje je struktura jako ograničena u masi, faktori sigurnosti (ili takozvani faktori sigurnosti) se utvrđuju zateznom čvrstoćom u intervalu. U vezi
Granica razvlačenja se određuje grafički. Postoje i materijali bez izražene granice tečenja i bez granice tečenja. Takvi materijali imaju malo ili nimalo plastičnog oblika. Relativno izduženje može se odrediti pomoću druge ravne linije. U tu svrhu, ravna linija se proteže do točke uništenja ili uništenja. Produženje do ove linije odgovara izduženosti. Konačna elongacija nakon loma je naznačena sa produljenjem. Trajna deformacija je razlika između originalne dužine i dužine kada se radni komad ponovo montira nakon kvara.
uz odgovornost dizajna u ovoj oblasti tehnologije, postojala je praksa provođenja obaveznih statičkih ispitivanja pojedinih komponenti i cijelog zrakoplova za direktno određivanje krajnjih opterećenja.
Izbor faktora sigurnosti zavisi od metoda za izračunavanje naprezanja, stepena tačnosti ovih metoda i ozbiljnosti posljedica koje će imati za posljedicu uništenje dijela.
Matematički izračunati frakcijsku deformaciju
To je čisto plastična deformacija, jer je elastično izduženje kod kvara ispušteno. Produženje se može izračunati i matematički. Ovo zahteva samo originalnu dužinu i dužinu nakon pauze. Formula za izračunavanje izduženja pri prekidu.
Dopušteno zatezanje i sigurnost pod statičkim opterećenjem
Originalna dužina: 120 mm. Granica razvlačenja materijala je granica opterećenja na koju materijal nije plastično deformiran pod statičkim opterećenjem. Međutim, komponente ne bi trebale biti projektirane tako da rezultirajuće vlačne sile dosežu granicu opterećenja. Komponente moraju biti projektirane tako da uvijek postoji sigurnosna margina, a dozvoljeno zatezanje je znatno ispod granice tečenja ili teorijske granice tečenja.
Vrijednost faktora sigurnosti ovisi o svojstvima materijala. U slučaju duktilnog materijala, prinos na granici popuštanja može biti manji nego u slučaju računanja dijela od krhkog materijala. Ovo je sasvim očigledno, jer je krhki materijal osjetljiviji na različita slučajna oštećenja i neočekivane nedostatke u proizvodnji. Pored toga, slučajno povećanje naprezanja u plastičnom materijalu može prouzrokovati samo manje trajne deformacije, au krhkom materijalu slijedi direktno uništavanje.
To se postiže pomoću sigurnosnog faktora, koji se naziva i sigurnosni broj. Sigurnosni broj je veći od odvajanja granice tečenja ili granice popuštanja po sigurnosnom broju, što rezultira manjim dozvoljenim zateznim naprezanjem. Na primer, lomljivo gvožđe nema naglašenu granicu popuštanja, niti detektabilnu granicu tečenja. U takvim slučajevima, vlačna čvrstoća se dijeli sa sigurnosnim indeksom kako bi se odredila dozvoljena vlačna čvrstoća. Ovo daje sledeće formule za dozvoljeno zatezanje.
Proučavanje pitanja o specifičnom izboru faktora sigurnosti uključeno je kao sastavni dio takvih disciplina kao što su snaga zrakoplova, čvrstoća konstrukcije, itd. Tačnost izbora faktora sigurnosti u velikoj mjeri je određena iskustvom i vještinom kalkulatora i dizajnera.
48. Dopušteni napon. Faktor sigurnosti
Da bi ispunili ovu misiju, inženjeri dizajniraju naizgled beskonačan broj objekata kako bi zadovoljili osnovne potrebe društva. Ove potrebe uključuju stambeno zbrinjavanje, poljoprivredu, transport, komunikacije i mnoge druge aspekte modernog života. Faktori koji se moraju uzeti u obzir prilikom razvoja uključuju funkcionalnost, snagu, izgled, ekonomiju i uticaj na životnu sredinu. Međutim, kada se proučava mehanika materijala, glavni interes za dizajn je otpornost, odnosno sposobnost objekta da podrži ili prenese opterećenja.
Kao rezultat testova zatezanja i kompresije dobijamo osnovne podatke o mehaničkim svojstvima materijala. Sada ćemo razmotriti pitanje kako koristiti dobivene rezultate ispitivanja u praktičnim proračunima inženjerskih konstrukcija za čvrstoću.
Glavni i najčešći je način izračunavanja napona. Prema ovoj metodi, snaga se izračunava po najvišem naponu. σ max nastaju u nekoj tački opterećene strukture. Voltage σ max naziva se maksimalni radni napon. Ne bi trebalo da pređe određenu vrednost svojstvenu ovom materijalu i radnim uslovima strukture.
Predmeti koji moraju izdržati teret su, naročito, konstrukcije, automobili, kontejneri, kamioni, avioni, brodovi i slično. Za jednostavnost ovih objekata, nazvaćemo strukture; tako, struktura je svaki objekt koji mora održavati ili prenositi troškove. Pošto je otpor sposobnost konstrukcije da izdrži opterećenja, gore navedeni kriterijum se može preformulisati na sledeći način: stvarni otpor konstrukcije mora biti veći od potrebnog otpora.
Proračun napona se vrši prema shemi
|
σ max = σ L / n |
gdje σ max - neki granični napon za ovaj materijal,
a n - broj veći od jedan, nazvan faktor sigurnostiili samo by stock.
Naravno, faktor sigurnosti mora biti veći od 0 kako bi se izbjegla greška. U zavisnosti od okolnosti, faktori sigurnosti kreću se u rasponu od nešto više od 0. Uključivanje faktora sigurnosti u projektovanje nije jednostavna stvar, jer i otpor i neuspjeh imaju mnogo različitih vrijednosti. Otpor se može mjeriti nosivost ili se može mjeriti stresom u materijalu. Neuspjeh se može sastojati od uništenja i potpunog kolapsa konstrukcije, ili može značiti da su deformacije postale toliko velike da struktura više ne može obavljati svoje funkcije.
Obično se dešava da su dimenzije strukture već poznate i dodijeljene, na primjer, iz operativnih razmatranja ili razmatranja proizvodnosti. Izračun snage je kalibracija. U ovom slučaju, izračunava se vrijednost σ max i određuje se pomoću stvarnog faktora sigurnosti:
|
n = σ L / σ max Ovaj drugi tip govora može se predstaviti sa mnogo nižom cijenom od onih koji uzrokuju stvarni pad. Određivanjem faktora sigurnosti treba uzeti u obzir i pitanja kao što su: vjerovatnoća slučajnog preopterećenja konstrukcije. Zbog opterećenja koje prelaze projektna opterećenja. U skladu sa ovim poteškoćama i nesigurnostima. mogućnost kvara zbog umora. Odredbe kodeksa i propisa osmišljene su tako da osiguraju razumnu sigurnost bez previsokih troškova. Ako je faktor sigurnosti prenizak. Kada se sigurnosna granica smanji na nulu ili manje. neuspjeh je postepen ili iznenadan: rezultat neuspjeha. vrste opterećenja. kreiraju ih timovi iskusnih inženjera. 75 i drugih sličnih razmatranja. nije faktor sigurnosti. greške u projektovanju: varijabilnost u kvaliteti radne snage: promjene u svojstvima materijala: trošenje uslijed korozije ili drugih utjecaja na okoliš. |
Ako ova zaliha zadovoljava projektanta, smatra se da je izračun kalibracije dao pozitivan rezultat.
Kada je konstrukcija u fazi projektovanja i neke karakteristične dimenzije moraju biti dodijeljene direktno iz zahtjeva čvrstoće, vrijednost n unaprijed. Potrebna veličina se dobija iz stanja
|
σ max ≥ [σ] |
|
[σ] = σ L / n |
Ova vrijednost se zove dozvoljeni napon.
Ostaje da se odluči na pitanje koji napon treba uzeti za krajnji σ L) i kako dodijeliti vrijednost n.
Da bi se izbjeglo stvaranje zamjetnih zaostalih deformacija u radnoj konstrukciji, za σ L za duktilne materijale, obično se uzima granica tečenja. Tada je najviši radni napon n-ta frakcija σ tr (sl.23).
gdje n u - faktor sigurnosti zateznom čvrstoćom.
Ako se proračun vrši na maksimalnom opterećenju, onda se koncept može unijeti na sličan način. margina opterećenja
gdje δ L i δ rob - marginalni i radni pomak.
Izbor veličine n proizvedene na osnovu više različitih razmatranja, koja u većini slučajeva idu dalje od pitanja koja se razmatraju u toku otpora materijala.
Prije svega, vrijednost faktora sigurnosti ne može se dodijeliti bez uzimanja u obzir specifičnih radnih uvjeta izračunate strukture. Koeficijent nsuštinski je određeno praktičnim iskustvom stvaranja sličnih struktura tokom proteklog vremena i nivoa tehnologije u ovom periodu. Svako polje tehnologije već je razvilo vlastite tradicije, vlastite zahtjeve, vlastite metode i, konačno, svoju specifičnost proračuna, u skladu s kojim je dodijeljen faktor sigurnosti. Tako, na primjer, prilikom projektovanja stacionarnih građevinskih konstrukcija koje su dizajnirane za dugi vijek trajanja, zalihe se uzimaju vrlo velike ( n u = 1.5. 5). U vazduhoplovnoj tehnologiji, gdje se na konstrukciju nameću ozbiljna ograničenja težine, faktori sigurnosti (ili takozvani "faktori sigurnosti") određuju se vlačnom čvrstoćom i redom 1.5 ÷ 5. U vezi sa odgovornošću projektovanja u ovoj oblasti tehnologije, postoji praksa provođenja obaveznih statičkih ispitivanja pojedinačnih komponenti i cijelog zrakoplova za direktno određivanje vrijednosti krajnjih opterećenja.
Izbor faktora sigurnosti zavisi od metoda za izračunavanje naprezanja, od stepena tačnosti ovih metoda, od ozbiljnosti posljedica koje će imati za posljedicu uništenje dijela.
Vrijednost faktora sigurnosti ovisi o svojstvima materijala. U slučaju duktilnog materijala, prinos na granici popuštanja može biti manji nego u slučaju računanja dijela od krhkog materijala. Ovo je sasvim očigledno, jer je krhki materijal osjetljiviji na različita slučajna oštećenja i neočekivane nedostatke u proizvodnji. Osim toga, slučajno povećanje naprezanja za plastični materijal može prouzročiti samo manje trajne deformacije, a za krti materijal slijedi direktno uništavanje.
Proučavanje pitanja o specifičnom izboru faktora sigurnosti svodi se kao sastavni dio takvih disciplina kao što su snaga zrakoplova, čvrstoća konstrukcije, itd.
