ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Как рассчитывают на прочность из "Как создают машины " Современная теория позволяет точно рассчитывать сложнейшие двигатели, быстроходные самолеты, ракеты, турбины и бесчисленное множество иных машин, действующих надежно и безотказно. А сделать это не легко. Каждый, кто читает газеты, знает, как часто американские ракеты не выдерживают расчетных режимов и взрываются на ранних стадиях испытаний. [c.199] В этой книге мы не собираемся приводить расчеты прочности машин или ракет. Учение о прочности и деформируемости материалов, конструкций и элементов машин составляет целую отрасль науки — сопротивление материалов. Она устанавливает методы расчета деталей на прочность, жесткость и устойчивость в связи с характером действующих нагрузок и свойствами применяемых материалов, а также методы испытания материалов на прочность. [c.199] Теория сопротивления материалов основывается, с одной стороны, на положениях и выводах теории упругости и теории пластичности, а с другой — на опытных фактах о механических свойствах материалов. Здесь мы хотим познакомить читателей лишь с самыми элементарными представлениями об основах расчетов. [c.199] Возьмем наиболее простой пример. Стальной стержень растягивается некоторой силой Р. Она вызывает в поперечных сечениях образца внутренние силы — напряжения, оказывающие сопротивление силе Р и удлинению стержня. [c.199] Если силы растягивают образец, то в нем возникают напряжения растяжения когда силы сжимают образец, в материале возникают напряжения сжатия. Так же появляются напряжения среза, кручения, изгиба. [c.199] На диаграмме растяжения образца имеется несколько интересных точек, о которых необходимо помнить при расчетах. Первая из них соответствует напряжению, называемому пределом пропорциональности. Она ограничивает ту часть кривой, где наблюдается прямая пропорциональность между напряжениями и удлинениями (деформациями). На сколько увеличится напряжение, на столько же возрастет и удлинение. Если, например, напряжение увеличится на 20 /о, то и удлинение возрастет также на 20 /о. [c.200] При дальнейшем растяжении образца несколько выше предела пропорциональности удлинения начинают быстро расти без увеличения напряжения. Металл как бы течет, и это явление называют текучестью материала, а точку, обозначающую напряжение, соответствующее этому состоянию, — пределом текучести. В этот период металл действительно течет, но это продолжается недолго, и при дальнейшем увеличении напряжения материал снова начинает оказывать сопротивление деформации. Предел текучести является очень важной характеристикой механических свойств материала. [c.200] Напряжения выше предела текучести вызывают в металле недопустимые остаточные деформации, и потому расчет должен быть произведен так, чтобы действительные напряжения (при которых работают детали) были меньше предела текучести. [c.200] Можно ли наблюдать появление предела текучести непосредственно при испытании материала или деталей Да, можно. На испытательной машине в момент наступления текучести легко заметить, что стрелка, регистрирующая растягивающие усилия, остается на одном и том же делении, хотя деформации образца продолжаются. [c.200] Проявление предела текучести можно также заметить, наблюдая за полированной поверхностью растягиваемого образца, — она тускнеет и делается матовой. Если поверхность рассматривать более тщательно, на ней можно заметить появление линий с наклоном под углом 45° к оси образца. Они свидетельствуют о сдвигах кристаллов металла. [c.200] Такой хрупкий материал, как, например, серый чугун, при обычной температуре не имеет предела текучести, он разрушается даже при небольшой деформации. [c.201] Текучесть холодного металла наступает при значительных напряжениях, а нагретого — даже при малых нагрузках. Нагретый металл как бы ползет , происходит его пластическая деформация. Явление постепенного нарастания деформации нагретого металла без повышения нагрузки называют ползучестью. [c.201] Алюминий и некоторые другие металлы ползут даже при обыкновенной комнатной температуре (20° Ц), конструкционная сталь дает заметную ползучесть при температуре около 400°. Чем выше напряжение и температура в металле, тем более нарастает деформация ползучести. [c.201] Многие детали двигателей, турбин, паровозов, тракторов работают в условиях высоких температур, где возможно появление ползучести. Она может ослабить затяжку болтов, плотность соединений деталей и привести к преждевременным поломкам. Поэтому при расчете деталей машин, находящихся под воздействием высокой температуры, учитывают явление ползучести и применяют соответствующие материалы и способы повышения прочности деталей. [c.201] Найти предел прочности не трудно, если известны сила, при которой разрывается образец, и площадь его поперечного сечения. [c.201] Чем больше предел прочности, тем прочнее материал, — значит, для одной и той же нагрузки потребуется меньше материала на изготовление детали. Вот почему силы ученых и техников направлены на изыскание способов повышения прочности материалов. [c.201] Предел текучести и предел прочности являются основными характеристиками материала. [c.201] Для безопасного действия машины рабочие напряжения, возникающие в ее деталях, должны составлять часть этих напряжений, быть ниже предела текучести и предела прочности. Безопасное напряжение называется допускаемым напряжением. При выборе его нужно в то же время иметь в виду, что его значения не являются абсолютными и неизменными, от которых невозможно никакое отступление. [c.202] Профессор А. И. Сидоров в своем замечательном труде Основные принципы проектирования и конструирования машин пишет Точно так же и в области расчета иногда встречаются лица (и даже целые министерства), верящие в него, по меткому выражению Жюля Верна, так, как иные старушки верят в библейскую тварь Левиафана, не разумом, а сердцем . Например, дореволюционное министерство путей сообщения, предписавши в своем циркуляре, чтобы напряжение, скажем, в поясе моста не превосходило 6 кг/сж , не признавало никаких отступлений, и посланный на утверждение в Петербург проект нового моста или переделки старого браковало, если в расчете получалось окончательное напряжение 6,01 кг мм или что-нибудь в этом роде, и приказывало прибавить площади угольников и т. п. . [c.202] Такой схоластический подход свойствен только тем, кто не понимает сущности термина допускаемое напряжение и не признает никаких отступлений от норм, которые устанавливаются весьма приближенно. Это особенно нужно усвоить молодым, начинающим техникам, чтобы избежать неразумных решений. [c.202] Вернуться к основной статье