АНАЛИЗ ЗНАЧЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Повышение надежности элементов сооружений и деталей машин предъявляет высокие требования к проектным решениям, поскольку конструкция должна быть достаточно прочной, а в необходимых случаях - жесткой и устойчивой и, вместе с тем, иметь наименьшую материалоемкость, трудоемкость изготовления и стоимость. В значительной мере эта задача может быть решена за счет рационального проектирования на основе современных методов прочностных расчетов.
Необходимость введения коэффициентов запаса прочности объясняется следующими обстоятельствами:
а) разбросом в определяемых из опыта величинах σт или σв для данного материала;
б) невозможностью точно установить действующие нагрузки;
в) неточностью принятых методов расчета.
При назначении коэффициентов запаса, а значит и допускаемых напряжений, кроме перечисленных выше соображений необходимо также учитывать и другие факторы:
а) качество и степень однородности материала, например, для стали коэффициент запаса принимается - 1,5; для бетона - 3; для естественного камня, материала весьма неоднородного, коэффициент запаса принимается ~ 10;
б) долговечность и значимость сооружения или машины. Ниже представлена сравнительная таблица значений коэффициентов запаса прочности (табл. 1), в которой можно наблюдать разброс значения.
Таблица 1
|
Коэффициент запаса прочности (nт, nв) |
||
|
Материал |
||
|
Пластичный |
Хрупкий |
|
|
[1] |
1,4...2,0 |
2,5...5,0 |
|
[2] |
1,4...1,6 |
2,5...3,0 |
|
[3] |
1,5...2,0 |
2,5...5,0 |
|
[4] |
1,5...2,1 |
2,0...2,4 |
Табличный метод выбора допускаемых напряжений и коэффициентов запаса прочности конкретней, проще и очень удобен для пользования. Поэтому во всех случаях, когда имеются специализированные таблицы допускаемых напряжений и коэффициентов запаса прочности, составленные для отдельных деталей и узлов машин научно-исследовательскими институтами, заводами и организациями, проектирующими машины, при выборе допускаемых напряжений и коэффициентов запаса обычно пользуются табличным методом. Дифференциальный метод заключается в том, что допускаемое напряжение или допускаемый коэффициент запаса прочности определяют по соответствующей формуле, которая учитывает различные факторы, влияющие на прочность рассчитываемой детали.
Коэффициенты запаса по отношению к временному сопротивлению даже при постоянных напряжениях в условиях хрупкой прочности выбираются довольно большими, например для серого чугуна порядка 3 и выше. Это связано с тем. что даже однократное превышение максимальным напряжением временного сопротивления вызывает разрушение, а для чугуна это также связано с остаточными напряжениями и неоднородной структурой.
Коэффициент запаса по отношению к пределу текучести материала при расчетах деталей из пластичных материалов под действием постоянных напряжений выбирают минимальным при достаточно точных расчетах, т.е. равным 1,3...1,5. Это возможно в связи с тем, что при перегрузках, превышающих предел текучести, пластические деформации весьма малы (особенно при сильно неоднородных напряженных состояниях деталей) и обычно не вызывают выхода детали из строя. Коэффициенты запаса по пределу выносливости, несмотря на опасный хаpaктер разрушения, выбирают относительно небольшими, т.е. равными 1,5...2,5. Это связано с тем, что единичные перегрузки не приводят к разрушению. При контактных нагружениях коэффициенты запаса можно выбирать равными 1,1...1,3, т.к. возможные повреждения имеют местный хаpaктер. Коэффициенты запаса можно устанавливать на основе дифференциального метода как произведение частных коэффициентов, отражающих: достоверность определения расчетных нагрузок и напряжений - коэффициент S1 = 1...1,5; однородность механических свойств материалов - коэффициент S2; для стальных деталей из поковок и проката S2 = 1,2...1,5; для чугунных деталей S2 = 1,5...2,5; специфические требования безопасности - коэффициент S3 = 1...1,5. Общий коэффициент запаса прочности: S = S1S2S3 [6].
Для строительных специальностей условие прочности записывается как раб σmax = ... < = Ry - расчетное сопротивление (применительно к растяжению, сжатию и изгибу). Для различных напряженных состояний расчетное сопротивление определяется следующим образом: растяжение, сжатие и изгиб - Ry = Ryn/γm; сдвиг - RS = 0,58 Ryn/γm; где γm - коэффициент надежности по материалу, определяемый в соответствии с п.3.2* (СНиП II-23-81*); Ryn - нормативное сопротивление, МПа;
Расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе листового, широкополосного универсального или фасонного проката приведены в таблице 51*, труб в табл. 51,а. (СНиП II-23-81*), расчетные сопротивления гнутых профилей следует принимать равными расчетным сопротивлениям листового проката, из которого они изготовлены, при этом допускается учитывать упрочнение стали листового проката в зоне сгиба.
Для сравнительного анализа использована сталь С590. Данные, полученные при расчете с коэффициентами, взятыми из технической литературы и из СНиП II-23-81 *, сведены в табл. 2.
Таблица 2
|
Материал |
Значения коэффициента запаса nт/nв |
Доп. диаметр стержня, мм |
Расхождение,% |
Доп. диаметр вала, мм |
Расхождение,% |
Номер прокатного сечения |
|
Сталь |
1,4-3 |
|
|
|
|
|
|
nтmin |
1,4 |
48,83 |
3,33
29,31 |
8,32 |
2,23
20,62 |
Двут №27 |
|
nтср |
1,5 |
50,51 |
8,51 |
|||
|
nтmax |
3 |
71,45 |
10,72 |
двут №36 |
||
|
СНиП II-23-81* |
Сталь С590 Ry = 515 МПа |
31,46 |
37,72 |
6,01 |
29,38 |
двут №20 |
|
nтср |
1,5 |
50,51 |
8,51 |
|
В результате проведенного анализа, установлено, что расхождения коэффициентов запаса прочности объясняются расхождением по различным позициям:
а) материалоемкости;
б) трудоемкости изготовления;
в) стоимости конструкций.
С учетом данных факторов, определено относительное среднее значение коэффициентов запаса прочности для хрупких (nB = 3) и пластичных материалов (nT = 1,5).
В результате проделанной работы получены интересующие значения размеров сечения деталей, выполненных из разных материалов. Разброс этих значений составил от 5 до 30%. Это объясняется различными свойствами материалов (высокая пористость строительных материалов по сравнению с машиностроительными материалами) и требованиями, предъявляемыми к данным видам материалов (высокие требования по прочности машиностроительных материалов).
Список литературы
1. Ицкович Г. М. «Сопротивление материалов». - М.: Высшая школа, 1998.
2. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. - Киев: Наук, думка, 1988.
3. Бородин H.А. Сопротивление материалов. - М.: Дрофа, 2001.
4. Крайнев А.Ф. Детали машин: Словарь - справочник. - М.: Машиностроение, 1992.
5. Гузенков П.Г. Детали машин: учеб. для вузов. - 4-е изд., исп. - М.: Высшая школа, 1986.
6. Решетов Д.Н. Детали машин: учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989.
7. Сопротивление материалов: учебник для вузов; под ред. Д.Ф. Смирнова. -3-е, изд. перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1975.
8. Справочник по сопротивлению материалов / С.П. Фесик. - 2-е изд., перераб. и доп.- Киев: «Будiвельник», 1982.
9. Строительные нормы и правила. СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» Утверждены постановлением Госстроя СССР от августа 1981 г. № 144. РАЗРАБОТАНЫ ЦНИИСК им. Кучеренко с участием ЦНИИпроектстальконструкции Госстроя СССР, МИСИ им. В.В. Куйбышева.
Статья в формате PDF
123 KB...
23 05 2026 17:24:56
Статья в формате PDF
163 KB...
22 05 2026 2:57:21
Статья в формате PDF 132 KB...
21 05 2026 3:13:58
Статья в формате PDF
199 KB...
20 05 2026 10:20:29
Статья в формате PDF
294 KB...
19 05 2026 5:27:54
Статья в формате PDF
193 KB...
17 05 2026 4:38:42
Статья в формате PDF
292 KB...
16 05 2026 10:48:42
Статья в формате PDF
133 KB...
15 05 2026 15:36:10
Статья в формате PDF
118 KB...
14 05 2026 14:18:41
Статья в формате PDF
125 KB...
13 05 2026 23:18:30
Статья в формате PDF
110 KB...
12 05 2026 15:30:29
Статья в формате PDF
142 KB...
09 05 2026 6:42:47
Статья в формате PDF
288 KB...
08 05 2026 4:35:19
Статья в формате PDF
111 KB...
07 05 2026 18:17:58
Уникальность того или иного исторического события или явления определяется степенью его «вписанности» в процесс исторического развития. С этой точки зрения история Гражданской войны в России еще долгое время будет предметом жарких споров и многочисленных дискуссий как зарубежных, так и отечественных историков. Ведь, при изучении российской истории в период с 1917 по 1920 гг. сложно использовать как «военные», так и «гражданские» схемы анализа развития основных событий и процессов, они не могут дать исчерпывающего ответа на главный вопрос – почему личная безопасность человека и его выживания были главным мерилом всех ценностей российской государственности в 1917 – 1920 гг. Поэтому поиски ответов на сущностные проблемы понимания феномена Гражданской войны в России лежат в оценочных хаpaктеристиках современников революционных событий начала ХХ в., которые так или иначе связаны с определением государственной самоидентификации.
...
06 05 2026 3:35:36
Статья в формате PDF
117 KB...
05 05 2026 5:55:55
Статья в формате PDF
105 KB...
04 05 2026 14:30:14
Статья в формате PDF
110 KB...
03 05 2026 4:36:19
Статья в формате PDF
131 KB...
02 05 2026 14:43:49
Статья в формате PDF
115 KB...
01 05 2026 11:51:40
Статья в формате PDF
77 KB...
30 04 2026 4:57:17
Статья в формате PDF
114 KB...
29 04 2026 9:14:47
Статья в формате PDF
468 KB...
28 04 2026 3:50:17
С использованием инструмента «Bilateral Trade» базы данных Trade Map проделаны матричный анализ взаимной торговли в системе стран БРИКС + Иран за 2001 и 2010 гг. Расчеты показали на существенную трaнcформацию взаимной торговли в системе рассматриваемых стран, в которой Россия значительно ухудшила свои позиции, а Бразилия и Китай – улучшили. Показано также, что Иран гораздо лучше интегрирован во взаимную торговлю со странами БРИКС по сравнению с ЮАР, что даёт ему весомый аргумент для вступления в это объединение стран.
...
27 04 2026 13:35:58
Статья в формате PDF
117 KB...
26 04 2026 0:15:57
Статья в формате PDF
347 KB...
25 04 2026 13:55:51
«Что такое жизнь?» Этот вопрос занимает человечество с древнейших времён. Многие философы и естествоиспытатели пытались и пытаются разрешить этот вопрос, определить жизнь как явление. Существует множество определений жизни, но, несмотря на это, среди них нет ни одного, который бы наиболее полно отразил основной принцип существования жизни, её сущность.
В предлагаемой вашему вниманию статье сделана ещё одна попытка объяснения феномена жизни. Её основная идея: Жизнь - это самовоспроизводящийся катализатор диссипации энергии. Что касается самовоспроизведения, то здесь всё более или менее понятно, а вот словосочетание «катализатор диссипации» требует некоторых разъяснений. Диссипация - термин, обозначающий рассеяние энергии, т.е. её переход с потенциально более высокого уровня на более низкий - тепловой уровень. В свете рассматриваемого определения жизни подразумевается, что энергия квантов солнечного света, которые могут стрaнcтвовать в космосе «бесконечно», будучи поглощенной растениями поэтапно диссипатируется, в процессах жизнедеятельности и формирования собственных структур последовательными участниками пищевой цепи (растение - травоядное - хищник - падальщики), в тепловое излучение. Таким образом, живое вещество, многократно ускоряя процесс диссипации энергии солнечных квантов в тепловое излучение, играет в нем роль специфического катализатора. Далее рассматривается ряд важных следствий, вытекающих из данного определения.
...
24 04 2026 17:19:41
Статья в формате PDF
150 KB...
23 04 2026 1:15:50
Приведены новые авторские и литературные данные по петрологии и мантийно-коровому взаимодействию на основании изотопных соотношений стронция и неодима при формировании карбонатитов различных регионов мира. По изотопии стронция и неодима устанавливаются различные компоненты мантии, участвовавшие в генерации карбонатитов: PREMA, HIMU, FOZO, BSE, EM I, EM II.
...
22 04 2026 4:10:22
Статья в формате PDF
131 KB...
20 04 2026 15:44:53
Статья в формате PDF
114 KB...
19 04 2026 10:52:43
Статья в формате PDF
82 KB...
18 04 2026 22:11:36
Статья в формате PDF
104 KB...
17 04 2026 21:15:19
Статья в формате PDF
109 KB...
15 04 2026 4:35:22
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::
