Nilai faktor keamanan. Resistensi bahan. Stres dan tekanan
Sebagai hasil dari uji tarik dan kompresi, kami mendapatkan data dasar sifat mekanik material. Sekarang kita akan mempertimbangkan pertanyaan tentang bagaimana menggunakan hasil tes yang diperoleh dalam perhitungan praktis struktur teknik untuk kekuatan.
Seperti yang sudah ditunjukkan pada main dan yang paling umum adalah metode penghitungan tegangan. Menurut metode ini, perhitungan kekuatan didasarkan pada tegangan terbesar yang timbul di beberapa titik struktur yang dimuat. Tegangan ini disebut tegangan operasi maksimum. Seharusnya tidak melebihi nilai tertentu yang melekat dalam materi ini dan kondisi kerja struktur.
Faktor keamanan, juga dikenal sebagai faktor keselamatan, adalah istilah yang menggambarkan kapasitas struktural sistem yang melebihi beban yang diharapkan atau beban aktual. Secara umum, faktor keamanan adalah rasio dari beban maksimum dengan beban yang dimaksudkan yang dapat ditahan oleh struktur atau mesin.
Stres dan tekanan
Ada satu hal penting yang dapat Anda temukan di direktori yang berbeda. Ada dua cara untuk menyajikan Faktor Keamanan. Perbedaan antara faktor keamanan dan koefisien yang dihitung adalah sebagai berikut: faktor keamanan adalah seberapa realistis bagian yang dirancang dapat bertahan. Faktor konstruktif adalah apa yang diperlukan untuk mempertahankan objek ini. Faktor yang dihitung ditentukan untuk aplikasi dan bukan perhitungan yang sebenarnya, faktor keselamatan adalah rasio gaya maksimum terhadap beban yang diharapkan untuk elemen aktual yang dirancang.
Perhitungan tekanan sesuai dengan rumus
di mana ada beberapa tekanan yang membatasi untuk suatu materi tertentu; angka yang lebih besar dari satu, disebut faktor keamanan atau sekadar margin. Biasanya terjadi bahwa dimensi struktur sudah diketahui dan ditetapkan, misalnya, dari pertimbangan operasional atau pertimbangan manufakturabilitas. Perhitungan kekuatannya adalah kalibrasi. Dalam hal ini, faktor keamanan aktual dihitung dan ditentukan.
Ini mungkin tampak serupa, tetapi pikirkan: katakan bahwa balok dalam desain harus memiliki faktor desain. Insinyur memilih balok yang dapat menangani 10 kali beban. Koefisien yang dihitung masih sama dengan 3, karena persyaratan ini harus dipenuhi, balok hanya melebihi persyaratan dan koefisien keamanannya. Faktor keamanan harus selalu memenuhi atau melampaui faktor desain yang diperlukan, atau desain tidak memadai. Kesesuaian dengan faktor desain yang dibutuhkan dalam akurasi berarti bahwa struktur sesuai dengan kekuatan minimum yang diijinkan.
Jika stok ini memuaskan desainer, dianggap bahwa perhitungan kalibrasi memberikan hasil positif.
Ketika struktur berada dalam tahap desain dan beberapa dimensi karakteristik harus ditetapkan secara langsung dari persyaratan kekuatan, nilainya ditetapkan terlebih dahulu. Ukuran yang dibutuhkan diperoleh dari kondisi tersebut
Dalam operasi sehari-hari, istilah "faktor keselamatan yang diperlukan" secara fungsional setara dengan koefisien yang dihitung. Kemiringan awal adalah di mana tegangan berbanding lurus dengan regangan, hingga titik ini material mengembalikan bercukur setelah melepaskan beban.
Ketika stres diterapkan setelah titik ini, perataan mulai terjadi, yang mengurangi area tersebut penampang bahan membuat sampel lebih lemah. Kekuatan tertinggi atau kekuatan tarik atau kekuatan tarik utama adalah kemampuan suatu material untuk menahan beban tarik. Kekuatan tarik terakhir diukur dengan tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh suatu material saat ditarik atau ditarik sebelum pecah. Dalam studi kekuatan material, kekuatan tarik, kuat tekan dan kuat geser dapat dianalisis secara independen.
di mana stres yang diijinkan.
Masih harus memutuskan pertanyaan tentang cara mengambil tegangan untuk batas dan cara menetapkan
Untuk menghindari pembentukan deformasi residu yang terlihat dalam konstruksi kerja, kekuatan luluh biasanya diambil sebagai nilai untuk bahan plastik. Maka tegangan operasi tertinggi adalah sebagian kecil dari (Gbr. 1.54) Untuk koefisien dalam hal ini
Kekuatan tarik ultimat diukur oleh Universal Testing Machine. Sampel material dengan dimensi standar dipasang di mesin dan mengalami beban tarik, yaitu gaya hidrolik yang memanjang atau membuntuti. Begitu mesin mulai, itu mulai menambah beban pada sampel. Sepanjang pengujian, sistem kontrol dan perangkat lunak terkait mencatat beban dan ekspansi atau kontraksi sampel.
Dalam kurva regangan tegangan untuk bahan kental, kekuatan tarik ultimat adalah titik tertinggi kurva pada sumbu tegangan. Jika gaya tarikan meningkat melebihi batas tegangan, deformasi meningkat, yaitu, sampel mulai berkembang dalam fase plastis, yang mengarah pada penurunan tegangan dan penghapusan gaya tarikan, sehingga sampel tidak dapat mendapatkan kembali bentuknya. Pada tahap ini, spesimen mengalami deformasi dan retak dengan peningkatan lebih lanjut dalam upaya traksi.
dilambangkan dengan dan disebut koefisien turnover. Untuk getas, dan dalam beberapa kasus untuk bahan yang cukup ulet, mereka mengambil kekuatan tarik
Bahan lunak membuat pembentukan kerucut dan kerucut selama fraktur. Faktor keamanan dapat didefinisikan sebagai rasio kekuatan pamungkas dengan kekuatan hitung. Ini adalah faktor konstan yang dipertimbangkan untuk desain komponen atau struktur alat berat di luar tenaga kerjanya.
Bangunan biasanya menggunakan faktor keamanan 0 untuk setiap elemen struktural. Nilai untuk bangunan relatif kecil, karena muatannya dipahami dengan baik dan sebagian besar struktur berlebihan. bejana tekan menggunakan dari 5 hingga 0, mobil menggunakan 0, dan pesawat dan pesawat ruang angkasa menggunakan dari 2 hingga 0, tergantung pada aplikasi dan bahan. Lunak, bahan logam cenderung menggunakan lebih sedikit, sedangkan bahan rapuh menggunakan nilai yang lebih tinggi.
di mana - faktor keamanan untuk kekuatan tarik.
Sebagaimana dinyatakan dalam perhitungan tegangan bukan satu-satunya yang mungkin.
Jika perhitungan dilakukan pada beban maksimum, maka konsep margin pada beban maksimum dapat diperkenalkan dengan cara yang sama.
Biaya elemen secara langsung tergantung pada faktor keamanan. Ini adalah salah satu jenis tegangan yang paling umum pada komponen dan struktur logam. Benda kerja diberi energi, seolah berusaha menarik benda kerja seperti karet. Untuk menghasilkan kekuatan, billet memiliki bentuk elastis. Dari titik luluh ke kegagalan, bentuk awal memiliki bentuk plastik.
Kekuatan tarik memberikan kekuatan terbesar untuk memecahkan benda kerja. Biasanya kehancuran tidak terjadi dengan pencapaian kekuatan tarik, tetapi mulai mempersempit material. Penghancuran komponen terjadi setelah daerah penampang yang menyempit menjadi terlalu kecil untuk menahan kekuatan yang muncul.
di mana - masing-masing, maksimum dan beban kerja. Dalam hal perhitungan kekakuan
di mana perpindahan membatasi dan bekerja.
Nilai tersebut dipilih berdasarkan sejumlah pertimbangan berbeda yang, dalam banyak kasus, melampaui isu-isu yang dipertimbangkan dalam proses resistensi material.
Batas perpanjangan dengan batas tarik yang tidak diekspresikan dan garis lurus Hooke
Untuk menghitung gaya dibagi dengan luas penampang dan tegangan tarik tercapai. Dalam kasus area penampang, titik tertipis atau lokasi dengan luas penampang terkecil adalah yang menentukan. Ini sangat penting untuk koneksi berulir, karena betis sekrup memiliki diameter internal luar dan lebih kecil karena ulir pemotong. Beberapa bahan tidak memiliki kekuatan luluh yang nyata. Untuk bahan-bahan ini, kekuatan luluh 0, 2% digunakan sebagai pengganti kekuatan luluh untuk bahan-bahan ini.
Pertama-tama, faktor keamanan tidak dapat ditetapkan tanpa memperhitungkan kondisi kerja spesifik dari struktur yang dihitung. Koefisien pada dasarnya ditentukan atas dasar pengalaman praktis menciptakan struktur yang serupa untuk masa lalu dan tingkat perkembangan teknologi pada periode ini. Di setiap bidang teknologi telah mengembangkan tradisi sendiri, persyaratannya, metodenya sendiri dan, akhirnya, kekhasan kalkulasinya sendiri, sesuai dengan faktor keselamatan yang ditugaskan. Jadi, ketika merancang struktur bangunan stasioner yang dirancang untuk masa pakai yang lama, mereka mengambil nilai faktor keselamatan yang agak besar. Dalam teknik penerbangan, di mana struktur sangat terbatas dalam massa, faktor keselamatan (atau yang disebut faktor keselamatan) ditetapkan oleh kekuatan tarik dalam interval. Sehubungan
Kekuatan luluh ditentukan secara grafis. Ada juga bahan tanpa kekuatan luluh yang diucapkan dan tanpa kekuatan luluh. Bahan semacam itu memiliki bentuk plastik yang sedikit atau tidak sama sekali. Perpanjangan relatif dapat ditentukan menggunakan garis lurus lainnya. Untuk tujuan ini, garis lurus membentang ke titik kehancuran atau kehancuran. Perpanjangan garis ini sesuai dengan perpanjangan. Perpanjangan akhir setelah fraktur ditandai dengan perpanjangan putus. Deformasi permanen adalah perbedaan antara panjang asli dan panjang ketika benda kerja dipasang kembali setelah kegagalan.
dengan tanggung jawab desain di bidang teknologi ini, ada praktik melakukan uji statis wajib komponen individu dan seluruh pesawat untuk penentuan langsung beban pamungkas.
Pilihan faktor keamanan tergantung pada metode untuk menghitung tekanan, tingkat akurasi metode ini, dan keseriusan konsekuensi yang akan ditimbulkan oleh penghancuran bagian tersebut.
Hitung deformasi pecahan secara matematis
Ini adalah deformasi murni plastik, karena perpanjangan elastis pada kegagalan dihilangkan. Perpanjangan juga bisa dihitung secara matematis. Ini hanya membutuhkan panjang asli dan panjang setelah istirahat. Rumus untuk menghitung perpanjangan putus.
Tegangan tarik dan keamanan yang diijinkan di bawah beban statis
Panjang asli: 120 mm. Kekuatan luluh material adalah batas beban yang materialnya tidak terdeformasi plastis di bawah beban statis. Namun, komponen tidak harus dirancang sedemikian rupa sehingga gaya tarik yang dihasilkan mencapai batas beban. Komponen harus dirancang sedemikian rupa sehingga selalu ada margin keselamatan, dan tegangan tarik yang diijinkan jauh di bawah kekuatan luluh atau kekuatan luluh teoritis.
Nilai faktor keamanan tergantung pada sifat material. Dalam kasus bahan ulet, hasil pada titik hasil mungkin lebih kecil daripada dalam kasus menghitung bagian dari bahan rapuh. Ini cukup jelas, karena bahan rapuh lebih sensitif terhadap berbagai kerusakan yang tidak disengaja dan cacat produksi yang tidak terduga. Selain itu, peningkatan tegangan yang tidak disengaja dalam bahan plastik hanya dapat menyebabkan deformasi permanen yang kecil, dan pada bahan yang rapuh, kerusakan langsung akan terjadi.
Ini dicapai dengan menggunakan faktor keamanan, juga disebut nomor keamanan. Jumlah keamanan lebih besar dari pemisahan kekuatan luluh atau kekuatan luluh oleh nomor keselamatan, hasilnya adalah tegangan tarik yang diijinkan lebih rendah. Sebagai contoh, besi cor rapuh tidak memiliki kekuatan luluh yang nyata, atau kekuatan luluh yang terdeteksi. Dalam kasus tersebut, kekuatan tarik dibagi dengan indeks keamanan untuk menentukan kekuatan tarik yang diijinkan. Ini memberikan rumus berikut untuk tegangan tarik yang diijinkan.
Studi pertanyaan tentang pilihan spesifik dari faktor keselamatan dimasukkan sebagai bagian integral dari disiplin seperti kekuatan pesawat, kekuatan struktural, dll. Ketepatan pilihan faktor keselamatan sangat ditentukan oleh pengalaman dan keterampilan kalkulator dan perancang.
48. Tegangan yang diijinkan. Faktor keamanan
Untuk memenuhi misi ini, para insinyur merancang sejumlah objek yang tampaknya tak terbatas untuk memenuhi kebutuhan dasar masyarakat. Kebutuhan ini meliputi perumahan, pertanian, transportasi, komunikasi, dan banyak aspek kehidupan modern lainnya. Faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan ketika berkembang termasuk fungsionalitas, kekuatan, penampilan, ekonomi dan dampak lingkungan. Namun, ketika mempelajari mekanika bahan, minat utama untuk desain adalah ketahanan, yaitu kemampuan benda untuk mendukung atau mentransfer beban.
Sebagai hasil dari uji tarik dan kompresi, kami memperoleh data dasar tentang sifat mekanik material. Sekarang kita akan mempertimbangkan pertanyaan tentang bagaimana menggunakan hasil tes yang diperoleh dalam perhitungan praktis struktur teknik untuk kekuatan.
Yang utama dan paling umum adalah metode penghitungan tegangan. Menurut metode ini, kekuatan dihitung oleh tegangan tertinggi. σ maks muncul di beberapa titik struktur yang dimuat. Tegangan σ maks disebut tegangan operasi maksimum. Seharusnya tidak melebihi nilai tertentu yang melekat dalam materi ini dan kondisi kerja struktur.
Objek yang harus tahan terhadap beban adalah, khususnya, struktur, mobil, wadah, truk, pesawat terbang, kapal, dan sejenisnya. Untuk kesederhanaan objek-objek ini, kita akan menyebut struktur; dengan demikian, struktur adalah objek apa pun yang harus mempertahankan atau mentransfer biaya. Karena resistansi adalah kemampuan struktur untuk menahan beban, kriteria di atas dapat diulang kembali sebagai berikut: resistansi aktual dari struktur harus lebih besar dari resistansi yang diperlukan.
Perhitungan tegangan dilakukan sesuai dengan skema
|
σ maks = σ L. / n |
dimana σ maks - beberapa batas tegangan untuk bahan ini,
a n - angka yang lebih besar dari satu, disebut faktor keamananatau adil dengan stok.
Tentu saja, faktor keamanan harus lebih besar dari 0 untuk menghindari kegagalan. Tergantung pada keadaan, faktor keamanan berkisar dari sedikit lebih dari sampai 0. Dimasukkannya faktor keamanan dalam desain bukanlah hal yang sederhana, karena baik resistensi dan kegagalan memiliki banyak nilai yang berbeda. Resistansi dapat diukur dengan daya dukung atau bisa diukur dengan tekanan pada material. Kegagalan dapat terdiri dari penghancuran dan keruntuhan total struktur, atau itu bisa berarti bahwa deformasi telah menjadi begitu besar sehingga struktur tidak dapat lagi menjalankan fungsinya.
Biasanya terjadi bahwa dimensi struktur sudah diketahui dan ditetapkan, misalnya, dari pertimbangan operasional atau pertimbangan manufakturabilitas. Perhitungan kekuatannya adalah kalibrasi. Dalam hal ini, nilainya dihitung σ maks dan ditentukan oleh nilai faktor keamanan aktual:
|
n = σ L. / σ maks Jenis pidato terakhir ini dapat disajikan dengan biaya yang jauh lebih rendah daripada yang menyebabkan crash sebenarnya. Penentuan faktor keamanan juga harus mempertimbangkan masalah-masalah seperti: kemungkinan kelebihan beban yang tidak disengaja dari struktur. Karena beban yang melebihi beban desain. Sesuai dengan kesulitan dan ketidakpastian ini. kemungkinan gagal karena kelelahan. Ketentuan kode dan peraturan dirancang untuk memastikan tingkat keamanan yang wajar tanpa biaya terlalu tinggi. Jika faktor keamanan terlalu rendah. Ketika margin keamanan berkurang menjadi nol atau kurang. kegagalan adalah bertahap atau tiba-tiba: hasil dari kegagalan. jenis beban. mereka diciptakan oleh tim insinyur yang berpengalaman. 75 dan keamanan dan pertimbangan serupa lainnya. bukan faktor keamanan. kesalahan desain: variabilitas dalam kualitas tenaga kerja: perubahan sifat material: aus karena korosi atau dampak lingkungan lainnya. |
Jika stok ini memuaskan desainer, dianggap bahwa perhitungan kalibrasi memberikan hasil positif.
Ketika struktur berada dalam tahap desain dan beberapa dimensi karakteristik harus ditetapkan secara langsung dari persyaratan kekuatan, nilainya n atur di muka. Ukuran yang dibutuhkan diperoleh dari kondisi tersebut
|
σ maks ≥ [σ] |
|
[σ] = σ L. / n |
Nilai ini disebut tegangan yang diijinkan.
Masih untuk memutuskan pertanyaan tentang bagaimana mengambil tegangan untuk batas ( σ L.) dan cara menetapkan nilai n.
Untuk menghindari pembentukan deformasi residu yang terlihat dalam konstruksi kerja, untuk σ L. untuk bahan ulet, kekuatan luluh biasanya diambil. Maka tegangan operasi tertinggi adalah fraksi ke-n dari σ tr (gbr.23).
dimana n di - faktor keamanan dengan kekuatan tarik.
Jika perhitungan dilakukan pada beban maksimum, maka konsepnya dapat dimasukkan dengan cara yang sama. margin beban
dimana δ L. dan δ budak - perpindahan marginal dan kerja.
Pilihan besarnya n diproduksi berdasarkan sejumlah pertimbangan yang berbeda, yang dalam banyak kasus melampaui pertanyaan yang dipertimbangkan selama resistensi bahan.
Pertama-tama, nilai faktor keselamatan tidak dapat ditetapkan tanpa mempertimbangkan kondisi kerja spesifik dari struktur yang dihitung. Koefisien npada dasarnya ditentukan oleh pengalaman praktis menciptakan struktur serupa selama masa lalu dan tingkat teknologi pada periode ini. Setiap bidang teknologi telah mengembangkan tradisinya sendiri, persyaratannya sendiri, metodenya sendiri dan, akhirnya, kekhasan kalkulasinya sendiri, sesuai dengan faktor keselamatan yang ditugaskan. Jadi, misalnya, ketika merancang struktur bangunan stasioner yang dirancang untuk umur panjang, stok diambil agak besar ( n di = 1,5 ÷ 5). Dalam teknologi penerbangan, di mana pembatasan berat yang serius dibebankan pada struktur, faktor keselamatan (atau yang disebut "faktor keselamatan") ditentukan oleh kekuatan tarik dan sesuai urutan. 1,5 ÷ 5. Sehubungan dengan tanggung jawab desain dalam bidang teknologi ini, ada praktik melakukan pengujian statis wajib komponen individu dan seluruh pesawat untuk penentuan langsung nilai-nilai beban pamungkas.
Pilihan faktor keamanan tergantung pada metode untuk menghitung tekanan, pada tingkat akurasi metode ini, pada keseriusan konsekuensi yang akan ditimbulkan oleh penghancuran bagian tersebut.
Nilai faktor keamanan tergantung pada sifat material. Dalam hal bahan ulet, hasil pada titik hasil mungkin kurang dari dalam hal menghitung bagian dari bahan rapuh. Ini cukup jelas, karena bahan rapuh lebih sensitif terhadap berbagai kerusakan yang tidak disengaja dan cacat produksi yang tidak terduga. Selain itu, peningkatan tegangan yang tidak disengaja untuk bahan plastik hanya dapat menyebabkan deformasi permanen yang kecil, dan untuk bahan yang rapuh, kerusakan langsung akan terjadi.
Mempelajari pertanyaan tentang pilihan spesifik dari faktor keselamatan diturunkan sebagai bagian integral dari disiplin seperti kekuatan pesawat, kekuatan struktural, dll. Ketepatan pilihan faktor keselamatan sangat ditentukan oleh rasa, pengalaman dan keterampilan kalkulator dan perancang.
