Valoarea factorului de siguranță. Rezistența materialelor. Stresul și tulpina
Ca rezultat al testelor de întindere și de compresie, obținem date de bază privind proprietăți mecanice materiale. Acum vom examina problema utilizării rezultatelor testului obținute în calcule practice ale structurilor de inginerie pentru rezistență.
Așa cum sa indicat deja în principala și cea mai comună este metoda de calcul al tensiunii. Conform acestei metode, calculele de rezistență se bazează pe cele mai mari tensiuni apărute la un anumit punct al structurii încărcate. Tensiunea se numește tensiune maximă de funcționare. Nu trebuie să depășească o anumită valoare inerentă acestui material și condițiile de lucru ale structurii.
Factorul de siguranță, cunoscut și ca factor de siguranță, este un termen care descrie capacitatea structurală a unui sistem care depășește sarcina așteptată sau sarcina reală. În general, factorul de siguranță este raportul dintre sarcina maximă și sarcina dorită pe care structura sau mașina o poate rezista.
Stresul și tulpina
Există un lucru important pe care îl puteți găsi în diferite directoare. Există două modalități de prezentare a factorului de securitate. Diferența dintre factor de siguranță și factorul de proiectare este după cum urmează: Factor de siguranță este cât de realist porțiunea proiectată poate rezista. Un factor constructiv este ceea ce este necesar pentru susținerea acestui obiect. Factorul calculat este determinat pentru aplicație și nu este un calcul real, factorul de siguranță este raportul dintre forța maximă și sarcina așteptată pentru elementul real care a fost proiectat.
Calcularea tensiunilor este conformă formulei
unde există un anumit stres limitator pentru un anumit material; un număr mai mare decât unul, numit un factor de siguranță sau pur și simplu o marjă. De obicei se întâmplă ca dimensiunile structurii să fie deja cunoscute și atribuite, de exemplu, din considerente operaționale sau considerente de manufacturabilitate. Calculul rezistenței este calibrarea. În acest caz, se calculează și se determină factorul real de siguranță.
Acest lucru poate părea similar, dar gândiți-vă: spuneți că fasciculul în proiectare ar trebui să aibă un factor de proiectare. Inginerul a ales un fascicul care să poată manipula de 10 ori sarcina. Coeficientul calculat este încă egal cu 3, deoarece această cerință trebuie să fie îndeplinită, fasciculul depășește pur și simplu cerința și coeficientul său de siguranță. Factorul de siguranță trebuie să corespundă întotdeauna sau să depășească factorul de proiectare necesar sau proiectul nu este adecvat. Respectarea factorului de proiectare cerut în precizie înseamnă că structura corespunde rezistenței minime admise.
Dacă acest stoc satisface proiectantul, se consideră că calculul de calibrare a dat un rezultat pozitiv.
Atunci când structura se află în faza de proiectare și anumite dimensiuni caracteristice trebuie să fie atribuite direct de cerințele de rezistență, valoarea este stabilită în avans. Mărimea necesară este obținută din condiție
În funcționarea colocvială, termenul "factor de siguranță cerut" este echivalent din punct de vedere funcțional cu coeficientul calculat. Pantă inițială este locul în care stresul este direct proporțional cu tensiunea, până în acest moment materialul își restabilește bărbieritul după îndepărtarea încărcăturii.
Atunci când se aplică un stress după acest punct, începe să apară netezirea, ceea ce reduce suprafața secțiune transversală ceea ce face ca eșantionul să fie mai slab. Rezistența maximă sau rezistența la tracțiune sau rezistența maximă la tracțiune reprezintă capacitatea unui material de a rezista la sarcini de tracțiune. Rezistența finală la tracțiune se măsoară prin efortul maxim pe care un material îl poate rezista atunci când este întins sau tras înainte de rupere. În studiul rezistenței materialelor, rezistența la tracțiune, rezistența la compresiune și rezistența la forfecare pot fi analizate independent.
unde este stresul admisibil.
Rămâne să se decidă cum să se ia tensiunea pentru limită și cum se atribuie
Pentru a evita formarea deformațiilor reziduale vizibile într-o construcție de lucru, rezistența la curgere este de obicei luată ca valoare pentru materialele plastice. Apoi, cea mai mare tensiune de operare este o fracțiune din (Fig.1.54) Pentru coeficientul în acest caz
Rezistența maximă la tracțiune este măsurată de către mașina de testare universală. O probă de material cu dimensiuni standard este atașată într-o mașină și supusă unei sarcini de tracțiune, adică unei forțe hidraulice alungite sau înclinate. De îndată ce mașina pornește, începe să crească sarcina pe eșantion. Pe parcursul testelor, sistemul de control și software-ul asociat înregistrează sarcina și expansiunea sau contracția eșantionului.
În curba de solicitare a solicitărilor pentru un material vâscos, rezistența maximă la tracțiune este cel mai înalt punct al curbei pe axa de tensiune. Dacă forța de tragere crește dincolo de tensiunea limită, deformarea crește, adică eșantionul începe să se extindă în faza plastică, ceea ce duce la o scădere a tensiunii și la îndepărtarea forței de tragere, astfel încât eșantionul nu este în stare să-și recapete forma. În acest stadiu, specimenul suferă deformări și fisuri cu o creștere suplimentară a efortului de tracțiune.
denumită și numită coeficientul de cifră de afaceri. Pentru fragile și, în unele cazuri, pentru materiale moderat ductile, ele iau forța de tracțiune
Materialul maleabil face formarea unui con și a unui con în timpul fracturii. Factorul de siguranță poate fi definit ca raportul dintre rezistența finală și puterea calculată. Acesta este un factor constant care este luat în considerare pentru proiectarea componentelor sau a structurii mașinii dincolo de forța de muncă.
În mod obișnuit, clădirile utilizează un factor de siguranță de 0 pentru fiecare element structural. Valoarea pentru clădiri este relativ mică, deoarece încărcăturile sunt bine înțelese și majoritatea structurilor sunt redundante. vasele sub presiune utilizează de la 5 la 0, mașinile folosesc 0, iar avioanele și navele spațiale utilizează de la 2 la 0, în funcție de aplicație și de materiale. forjare, materiale metalice tind să utilizeze mai puțin, în timp ce materialele fragile utilizează valori mai mari.
unde - factorul de siguranță pentru rezistența la tracțiune.
După cum sa menționat în calculul de tensiune nu este singura posibilă.
În cazul în care calculul se efectuează la sarcina maximă, atunci conceptul de marjă asupra sarcinii maxime poate fi introdus în același mod.
Costul unui element depinde în mod direct de factorul de siguranță. Acesta este unul dintre cele mai comune tipuri de stres pe componentele și structurile metalice. Piesa este astfel alimentată, ca și cum ar încerca să scoateți piesa de prelucrat ca un cauciuc. Pentru a obține rezistență, țagla are o formă elastică. De la punctul de randament la eșec, preforma are o formă plastică.
Rezistența la întindere oferă cea mai mare rezistență pentru ruperea piesei de prelucrat. De obicei, distrugerea nu are loc cu realizarea rezistenței la tracțiune, dar începe să restrângă materialul. Distrugerea componentei apare după ce zona îngustă a secțiunii transversale a devenit prea mică pentru a rezista forțelor care apar.
unde - respectiv, maximul și volumul de muncă. În cazul calculului rigidității
unde este limitarea și deplasarea de lucru.
Valoarea este aleasă pe baza unor considerații diferite care, în cele mai multe cazuri, depășesc aspectele considerate în cursul rezistenței materiale.
Limita de alungire cu limită neexprimată de tracțiune și linia dreaptă a lui Hooke
Pentru a calcula forța este împărțită la suprafața secțiunii transversale și se atinge tensiunea la tracțiune. În cazul unei secțiuni transversale, cel mai subțire punct sau locație cu cea mai mică suprafață transversală este decisiv. Acest lucru este deosebit de important pentru conexiunile cu filet, deoarece șurubul are un diametru interior exterior și mai mic, datorită filetului de tăiere. Unele materiale nu au o rezistență pronunțată la încovoiere. Pentru aceste materiale se folosește o rezistență de curgere de 0,2% în locul rezistenței la curgere pentru aceste materiale.
În primul rând, factorul de siguranță nu poate fi atribuit fără a lua în considerare condițiile specifice de lucru ale structurii calculate. Coeficientul este în esență determinat pe baza experienței practice de a crea structuri similare pentru timpul trecut și nivelul de dezvoltare a tehnologiei în această perioadă. În fiecare domeniu al tehnologiei și-a dezvoltat deja propriile tradiții, cerințele sale, metodele proprii și, în sfârșit, propria specificitate a calculelor, conform căreia este atribuit un factor de siguranță. Astfel, atunci când se proiectează structuri fixe de construcție concepute pentru o durată de viață îndelungată, ele iau valori destul de mari ale factorului de siguranță. În ingineria aeronautică, în cazul în care structura este grav limitată în masă, factorii de siguranță (sau așa-numiți factori de siguranță) sunt stabiliți prin rezistența la tracțiune în interval. În legătură
Rezistența la curgere este determinată grafic. Există, de asemenea, materiale fără rezistență pronunțată și fără rezistență la curgere. Astfel de materiale au o formă de plastic puțin sau deloc. Aderarea relativă poate fi determinată utilizând altă linie dreaptă. În acest scop, o linie dreaptă se întinde până la punctul de distrugere sau distrugere. Elongația la această linie corespunde alungirii. Alungirea finală după fractură este indicată cu alungire la rupere. Deformarea permanentă este diferența dintre lungimea inițială și lungimea când piesa de prelucrat este reasamblată după eșec.
cu responsabilitatea proiectării în acest domeniu de tehnologie, a existat practica efectuării testelor statice obligatorii ale componentelor individuale și ale aeronavelor întregi pentru determinarea directă a sarcinilor finale.
Alegerea factorului de siguranță depinde de metodele de calcul al stresului, de gradul de acuratețe al acestor metode și de severitatea consecințelor pe care partea le va determina.
Calculați deformația fracționată matematic
Aceasta este o deformare pur plastică, deoarece elongația elastică la eșec este omisă. Elongația relativă poate fi de asemenea calculată matematic. Aceasta necesită numai lungimea inițială și lungimea după pauză. Formula pentru calculul alungirii la rupere.
Pericol de întindere la solicitare și siguranță la sarcină statică
Lungimea originală: 120 mm. Rezistența la curgere a materialului este limita de încărcare la care materialul nu este deformat plastic sub sarcină statică. Cu toate acestea, componentele nu ar trebui proiectate astfel încât forțele de tracțiune rezultate să atingă limita de încărcare. Componentele trebuie să fie proiectate astfel încât să existe întotdeauna o marjă de siguranță, iar tensiunea admisibilă la tracțiune să fie cu mult sub rezistența la curgere sau la puterea teoretică a randamentului.
Valoarea factorului de siguranță depinde de proprietățile materialului. În cazul unui material ductil, randamentul punctului de randament poate fi mai mic decât în cazul calculării unei părți dintr-un material fragil. Acest lucru este evident, deoarece materialul fragil este mai sensibil la diferite daune accidentale și defecte neașteptate de fabricație. În plus, o creștere accidentală a solicitărilor într-un material plastic poate provoca doar deformări permanente minore, iar într-un material fragil, va urma distrugerea directă.
Acest lucru se realizează utilizând un factor de siguranță numit și un număr de securitate. Numărul de siguranță este mai mare decât separarea rezistenței la încovoiere sau a randamentului de curgere prin numărul de siguranță, rezultatul fiind o solicitare redusă a tracțiunii. De exemplu, fonta fragilă nu are nici o rezistență pronunțată la încovoiere, nici o rezistență la alunecare detectabilă. În astfel de cazuri, rezistența la tracțiune este împărțită de indicele de siguranță pentru a determina rezistența la tracțiune permisă. Aceasta oferă următoarele formule pentru stresul permis de tracțiune.
Studiul întrebărilor referitoare la alegerea specifică a factorului de siguranță este inclus ca parte integrantă a unor astfel de discipline precum rezistența aeronavei, rezistența structurală etc. Corectitudinea alegerii factorului de siguranță este determinată în mare măsură de experiența și priceperea calculatorului și a proiectantului.
48. Tensiune admisibilă. Factor de siguranță
Pentru a îndeplini această misiune, inginerii proiectează un număr aparent infinit de obiecte pentru a satisface nevoile de bază ale societății. Aceste nevoi includ locuințe, agricultură, transport, comunicații și multe alte aspecte ale vieții moderne. Factorii care trebuie luați în considerare atunci când se dezvoltă includ funcționalitatea, rezistența, aspectul, economia și impactul asupra mediului. Cu toate acestea, atunci când studiază mecanica materialelor, interesul principal pentru proiectare este rezistența, adică capacitatea unui obiect de a susține sau transfera sarcini.
Ca urmare a testelor de întindere și de compresie, obținem date de bază privind proprietățile mecanice ale materialului. Acum vom examina problema utilizării rezultatelor testului obținute în calcule practice ale structurilor de inginerie pentru rezistență.
Principala și cea mai comună este metoda de calcul a tensiunii. Conform acestei metode, puterea se calculează cu cea mai mare tensiune. σ max care apar la un moment dat al structurii încărcate. voltaj σ max denumită tensiunea de funcționare maximă. Nu trebuie să depășească o anumită valoare inerentă acestui material și condițiile de lucru ale structurii.
Obiectele care trebuie să reziste la sarcini sunt, în special, structuri, autoturisme, containere, camioane, avioane, bărci și altele asemenea. Pentru simplitatea acestor obiecte, vom numi structuri; astfel, o structură este orice obiect care trebuie să mențină sau să transfere cheltuieli. Deoarece rezistența este capacitatea unei structuri de a rezista la sarcini, criteriul de mai sus poate fi reformulat după cum urmează: rezistența efectivă a structurii trebuie să fie mai mare decât rezistența necesară.
Calcularea tensiunii se efectuează în conformitate cu schema
|
σ max = σ L / n |
unde σ max - unele tensiuni limită pentru acest material,
și n - un număr mai mare decât unul, numit factor de siguranțăsau doar pe stoc.
Desigur, factorul de siguranță trebuie să fie mai mare de 0 pentru a evita eșecul. În funcție de circumstanțe, factorii de siguranță variază de la puțin mai mult decât la 0. Includerea factorilor de siguranță în proiectare nu este o chestiune simplă, deoarece atât rezistența cât și eșecul au multe valori diferite. Rezistența poate fi măsurată cu capacitatea de încărcare sau poate fi măsurată prin stresul din material. Eșecul poate consta în distrugerea și prăbușirea completă a structurii sau poate însemna că deformările au devenit atât de mari încât structura nu mai poate să-și îndeplinească funcțiile.
De obicei se întâmplă ca dimensiunile structurii să fie deja cunoscute și atribuite, de exemplu, din considerente operaționale sau considerente de manufacturabilitate. Calculul rezistenței este calibrarea. În acest caz, valoarea este calculată σ max și determinată de valoarea factorului real de siguranță:
|
n = σ L / σ max Acest din urmă tip de discurs poate fi prezentat la un cost mult mai mic decât cele care provoacă un accident real. Determinarea factorului de siguranță ar trebui să ia în considerare și aspecte precum: probabilitatea suprasarcinii accidentale a structurii. Datorită sarcinilor care depășesc sarcinile de proiectare. În conformitate cu aceste dificultăți și incertitudini. posibilitatea eșecului datorat oboselii. Dispozițiile codurilor și regulamentelor sunt concepute astfel încât să asigure un nivel rezonabil de securitate fără costuri prea mari. Dacă factorul de siguranță este prea scăzut. Când marja de siguranță scade la zero sau mai puțin. eșecul este gradual sau brusc: rezultatul eșecului. tipuri de încărcături. ele sunt create de echipe de ingineri experimentați. 75 și de securitate și alte considerente similare. nu un factor de siguranță. erori de proiectare: variabilitatea calității forței de muncă: modificări ale proprietăților materialelor: uzură datorată coroziunii sau altor efecte asupra mediului. |
Dacă acest stoc satisface proiectantul, se consideră că calculul de calibrare a dat un rezultat pozitiv.
Atunci când structura se află în faza de proiectare și unele dimensiuni caracteristice trebuie să fie atribuite direct din cerințele de rezistență, valoarea n setați în avans. Mărimea necesară este obținută din condiție
|
σ max ≥ [σ] |
|
[σ] = σ L / n |
Această valoare este denumită tensiune admisibilă.
Rămâne de a decide cu privire la modul de a lua tensiunea pentru limita ( σ L) și cum să atribuiți o valoare n.
Pentru a evita formarea deformațiilor reziduale vizibile în construcția de lucru, pentru σ L pentru materialele ductile, rezistența la curgere este de obicei luată. Atunci cea mai mare tensiune de operare este fracția n σ mp (Fig.23).
unde n în - factor de siguranță prin rezistența la tracțiune.
Dacă calculul se efectuează la sarcina maximă, atunci conceptul poate fi introdus în mod similar. marja de încărcare
unde δ L și δ sclav - deplasare marginală și de lucru.
Alegerea magnitudinii n produse pe baza unor considerente diferite, care în majoritatea cazurilor depășesc întrebările luate în considerare în cursul rezistenței materialelor.
În primul rând, valoarea factorului de siguranță nu poate fi atribuită fără a lua în considerare condițiile specifice de lucru ale structurii calculate. factor nesențial determinată de experiența practică de a crea structuri similare în trecut și de nivelul tehnologiei în această perioadă. Fiecare domeniu tehnologic și-a dezvoltat deja propriile tradiții, propriile cerințe, propriile metode și, în sfârșit, propria specificitate a calculelor, conform căreia este atribuit factorul de siguranță. De exemplu, atunci când se proiectează structuri staționare de construcție destinate unei vieți îndelungate, stocurile sunt destul de mari ( n în = 1,5 ÷ 5). În tehnologia de aviație, în care sunt impuse restricții importante de greutate asupra structurii, factorii de siguranță (sau așa-numiți "factori de siguranță") sunt determinați de rezistența la tracțiune și sunt de ordinul 1,5 ÷ 5. În legătură cu responsabilitatea proiectării în acest domeniu de tehnologie, există o practică de efectuare a testelor statice obligatorii ale componentelor individuale și ale aeronavelor întregi pentru determinarea directă a valorilor sarcinilor finale.
Alegerea factorului de siguranță depinde de metodele de calcul al stresului, de gradul de exactitate al acestor metode, de gravitatea consecințelor pe care le va avea distrugerea părții.
Valoarea factorului de siguranță depinde de proprietățile materialului. În cazul unui material ductil, randamentul punctului de randament poate fi mai mic decât în cazul calculării unei părți dintr-un material fragil. Acest lucru este evident, deoarece materialul fragil este mai sensibil la diferite daune accidentale și defecte neașteptate de fabricație. În plus, o creștere accidentală a solicitărilor pentru un material plastic poate provoca numai deformări permanente minore, iar pentru materialul fragil, va rezulta distrugerea directă.
Studierea întrebărilor referitoare la alegerea specifică a factorului de siguranță se face ca o parte integrantă a unor astfel de discipline precum rezistența aeronavei, rezistența structurală etc. Corectitudinea alegerii factorului de siguranță este determinată în mare măsură de simțul, experiența și priceperea calculatorului și de designer.
