ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основания для выбора коэффициента запаса прочности из "Сопротивление материалов " В предыдущих параграфах подробно изучены способы вычисления напряжений, определения механических свойств материалов при растяжении и сжатии и даны указания о выборе того или иного типа материала (пластичного или хрупкого) в зависимости от условий работы конструкции. [c.58] Для установления величины допускаемых напряжений, пригодных в разных случаях действия нагрузки, приведенных пока данных все жене вполне достаточно. Все величины, характеризующие механические свойства материала (предел прочности, относительное удлинение, предел пропорциональности и т. п.), получаются из опытов в лаборатории при действии статической нагрузки, т. е. возрастающей постепенно, без толчков, ударов и перемен знака. Точно так же формулы, связывающие величину нормальных напряжений о с величиной сжимающих или растягивающих сил Р, выведены для случая статического действия этих сил предполагалось, что внешние силы и напряжения, приложенные к отсеченной части стержня, взаимно уравновешиваются. Между тем в целом ряде случаев приходится иметь дело с нагрузками, действующими ударно или систематически меняющимися. [c.58] Влияние ударно приложенной нагрузки сказывается двояко по сравнению со статической с одной стороны, хрупкие и пластичные материалы различно реагируют как материалы на ударное действие нагрузок с другой стороны, и напряжения оказываются в этом случае другими, чем при статических нагрузках. Подробнее этот вопрос будет разобран в главах о динамическом действии нагрузок. Здесь мы обратим внимание только на то обстоятельство, что при динамическом действии нагрузок напряжения обычно будут большими, чем при статическом действии тех же нагрузок. Это положение подтверждается опытами и может быть доказано теоретически, что и будет сделано в отделе IX. [c.58] Величина К , зависит от характера динамичности нагрузки и в ряде случаев достигает весьма больших значений. [c.59] Сопротивление материалов действию нагрузок, систематически изменяющих свою величину или величину и знак, значительно отличается от сопротивления материалов статическому и ударному действию нагрузок. [c.59] например, стальной стержень мы будем подвергать большое число раз попеременно растяжению и сжатию, то обнаружим, что после определенного количества перемен напряжений стержень в некоторых случаях даст трещину и затем разрушится при напряжениях, значительно меньших предела прочности. Даже в случае пластичного материала остаточная деформация образца, разрушенного подобным образом, оказывается весьма незначительной — происходит хрупкий излом. [c.59] Явление разрушения материала при действии переменных напряжений, меньших предела прочности, называется явлением усталости. Это название не отвечает физической природе явления, однако настолько укоренилось, что применяется и в настоящее время. [c.59] Опыты показывают, что при переменном растяжении и сжатии, по мере понижения величины действующей силы возрастает число перемен этой силы, необходимое для того, чтобы вызвать разрушение образца. Для каждого материала существует такое максимальное значение нормального напряжения сг, при котором образец выдерживает практически неограниченное число перемен усилий, не разрушаясь. Это напряжение обозначается и называется пределом выносливости или пределом усталости. Пока действительные напряжения в элементе не превзошли этого предела, разрушения не произойдет, сколько бы раз напряжение не меняло свою величину. [c.59] Таким образом, в случае систематически меняющихся нагрузок оказывается необходимым установить новую механическую характеристику материала — предел выносливости эта величина определяет способность материала сопротивляться переменным внешним силам. Подробное изучение вопросов усталости материала при разных видах нагрузок будет дано в главе XXXI. [c.59] Этот коэффициент должен быть выбран с тем расчетом, чтобы величина нормальных напряжений, действующих по всему сечению, не превосходила предела упругости (или текучести) материала, иначе наш стержень получит остаточные деформации, а при действии переменных нагрузок не превосходила предела выносливости, который обычно ниже предела текучести. [c.60] При ударной нагрузке следует учесть, что напряжения обычно повышаются. Так как и в этом случае напряжения все же обычно вычисляют в предположении статического действия сил, то влияние динамического действия нагрузки приходится учитывать соответствующим увеличением коэ( ициента запаса. [c.60] Что касается местных напряжений (см. 15), то можно мириться с переходом их за предел упругости и текучести в пластичных материалах при отсутствии переменных нагрузок. В этом случае мы получаем остаточные деформации лишь на протяжении такой небольшой части стержня, что на работе конструкции это обстоятельство не скажется. За счет появления остаточных деформаций местные напряжения прекращают свое увеличение, отчасти выравниваются. В хрупких материалах этого преимущества нет ( 15) для них приходится коэффициент запаса назначать повышенным, тем более, что и в отношении сопротивления ударам они стоят значительно ниже пластичных. [c.60] ТО коэффициент запаса для допускаемых общих напряжений в этом случае надлежит выбрать так, чтобы местные напряжения не превосходили предела выносливости. Это во многих случаях требует значительного увеличения коэффициента k по сравнению со случаем статической нагрузки. [c.60] Для пластичных материалов в тех случаях, когда предел вынос лиеости лежит выше предела текучести, можно не учитывать местные напряжения, так как явление текучести уменьшает возможность их распространений, играет как бы роль буфера. [c.60] Для хрупких материалов, не имеющих площадки текучести, опасность появления трещин усталости при переменных нагрузках остается в полной мере, что требует соответствующего увеличения коэффициента запаса по сравнению со статической нагрузкой. [c.61] Таким образом, поскольку выбор коэффициента запаса обусловливается свойствами материала и способом приложения внешних сил, хрупкие материалы требуют обычно больших коэффициентов запаса, чем пластичные точно так же эти коэффициенты приходится выбирать большими при динамических и переменных нагрузках, чем при статических. [c.61] При выборе допускаемых напряжений приходится учитывать еще ряд других обстоятельств. Величины сил, входящих в наши расчеты, известны нам не вполне точно механические свойства материалов дают на практике зачастую значительные колебания методы наших расчетов, наши представления о взаимодействии отдельных частей конструкций являются обычно упрощенными и приближенными. Коэффициент запаса должен покрыть все эти неточности, неизбежные в наших расчетах. [c.61] Чем неоднороднее материал, чем хуже мы знаем действительные нагрузки, чем упрощеннее мы представляем себе соединение отдельных элементов конструкции, тем большим этот коэффициент приходится выбирать. Части машин в работе изнашиваются, поэтому во многих случаях приходится давать запас на износ . Точно, так же в металлических и деревянных инженерных сооружениях приходится учитывать возможность коррозии и загнивания. [c.61] С другой стороны, имеются конструкции (самолеты), где необходимо идти до крайних пределов снижения коэффициента запаса с целью уменьшения веса. [c.61] Таким образом, правильный выбор допускаемых напряжений представляет собой весьма сложную задачу, связанную и с методами расчетов, методами исследования материалов, с хозяйственно-экономическими и некоторыми другими факторами. Выбор той или иной величины допускаемого напряжения определяет и расход данного материала, и ( юрмы его применения в конструкции этот выбор регулирует и продолжительность использования сооружений, и область применения тех или других материалов. [c.61] Вернуться к основной статье