АНАЛИЗ ЗНАЧЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Авторы
Файлы

Пряхин А.В. Арчибасов А.С. Пряхин В.В. Статья в формате PDF 266 KB

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 σ_т или σ_в 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 σ_max = ... < = R_y - расчетное сопротивление (применительно к растяжению, сжатию и изгибу). Для различных напряженных состояний расчетное сопротивление определяется следующим образом: растяжение, сжатие и изгиб - R_y = R_yn/γ_m; сдвиг - R_S = 0,58 R_yn/γ_m; где γ_m - коэффициент надежности по материалу, определяемый в соответствии с п.3.2* (СНиП II-23-81*); R_yn - 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 n_т/n_в	Доп. диаметр стержня, мм	Расхождение,%	Доп. диаметр вала, мм	Расхождение,%	Номер прокатного сечения
Сталь	1,4-3
n_тmin	1,4	48,83	3,33 　 29,31	8,32	2,23 　 20,62	Двут №27
n_тср	1,5	50,51		8,51		Двут №27
n_тmax	3	71,45		10,72		двут №36
СНиП II-23-81*	Сталь С590 R_y = 515 МПа	31,46	37,72	6,01	29,38	двут №20
n_тср	1,5	50,51	37,72	8,51	29,38

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 (n_B = 3) и пластичных материалов (n_T = 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.

ДИФФЕРЕНЦИРОВАННАЯ ТАКТИКА ОБСЛЕДОВАНИЯ ДЕТЕЙ И ПОДРОСТКОВ С ЭНУРЕЗОМ И ЭНКОПРЕЗОМ

Статья в формате PDF 111 KB...

21 09 2026 12:52:19

ВЛИЯНИЕ ЭКЗАМЕНАЦИОННОГО СТРЕССА НА ВЕГЕТАТИВНЫЕ ИНДЕКСЫ И МЕНСТРУАЛЬНЫЙ ЦИКЛ У СТУДЕНТОК С РАЗНЫМ СОМАТОТИПОМ

Статья в формате PDF 109 KB...

20 09 2026 8:21:29

АНОРОГЕННЫЕ ГРАНИТОИДЫ АБАЙСКОГО МАССИВА ГОРНОГО АЛТАЯ: ПЕТРОЛОГИЯ И ГЕОХИМИЯ

В статье приведены спopные данные предшественников по составу и особенностям становления гранитоидов Абайского массива среднего девона. Новые данные, полученные авторами по петрологии и геохимии, позволяют отнести гранитоиды массива к анорогенному типу (А-тип) с щелочными минералами (рибекитом, астрофиллитом). Формирование массива протекало в три фазы: 1 – гранодиориты; 2 – граниты, умеренно-щелочные рибекитовые граниты; 3 – лейкограниты и лейкогранит-порфиры. Генерация их происходила в постколлизионной обстановке, инициированной плюмтектоникой. В северо-западной части массива в районе пологого погружения кровли, осложнённой куполовидным поднятием, зафиксировано аномальное обогащение флюидной магматогенной фазы летучими компонентами, и особенно фтором, что указывает на возможность обнаружения здесь редкометалльно-редкоземельного оруденения. ...

19 09 2026 18:14:52

АГАФОНОВ АЛЕКСАНДР ТИМОФЕЕВИЧ

Статья в формате PDF 151 KB...

18 09 2026 21:25:43

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОГО ПОДХОДА К ОЦЕНКЕ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ГОРОДОВ

Статья в формате PDF 151 KB...

17 09 2026 23:57:21

ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА В РОССИИ

Статья в формате PDF 269 KB...

16 09 2026 22:58:12

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ НЕРУДНЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Статья в формате PDF 124 KB...

15 09 2026 6:24:17

ФИТОСАНИТАРНОЕ ОЗДОРОВЛЕНИЕ ЗЕРНОВЫХ И ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННОЙ ВОДЫ

Показана возможность использования электрохимически активированной воды (в виде анолита и католита) для повышения урожайности зерновых и овощных (картофеля) культур и улучшения фитосанитарной ситуации с помощью модуля активации оросительной воды. Наиболее энтомоцидным действием в отношении пшеничного трипса обладал анолит с окислительно-восстановительным потенциалом +600 и +900 мВ. Католит с ОВП – 700 мВ способствовал увеличению всхожести до 96%. Хороший результат в борьбе против колорадского жука давала предпосевная обработка клубней картофеля вначале анолитом, а потом католитом. Заселенность кустов колорадским жуком и проволочником снизилась на 37–83%. Наиболее эффективно в плане оптимизации фитосанитарного состояния посевов сочетание предпосевной обработки семян с последующим опрыскиванием стeблестоя католитом или анолитом. ...

14 09 2026 4:22:34

СКРИНИНГОВЫЕ ОБСЛЕДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКИ НАРУШЕНИЙ ФУНКЦИИ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ

В работе приводятся данные скрининговых обследований состояния щитовидной железы студентов в возрасте от 16 до 18 лет. При проведении исследований использовались методы экспресс-диагностики, разработанные авторами статьи и на которые получены патенты РФ. На первом этапе обследований проводились прямые измерения длительности коленного рефлекса с помощью электронного рефлексометра; на втором этапе проводилось количественное определение степени увлажненности кожных покровов на приборе с датчиком влажности. Обследования проводились на группе из 246 человек. После статистической обработки данных измерений была проведена их рандомизация с использованием критериев, установленных в ходе клинических испытаний разработанных приборов. Полученные данные представлены в виде гистограмм. В результате проведенных исследований установлен контингент студентов, у которых по полученным данным можно предполагать наличие гипофункции щитовидной железы. Доля таких лиц из числа обследованных составляет порядка 18 %. У незначительной части обследованных были установлены признаки гипертиреоза. Их доля не превышает 5 %. Сравнение данных, полученных двумя разными методами на каждом обследуемом, показал их полную корреляцию в 95 % случаев. Студенты с выявленными отклонениями от нормы были направлены в клинические лаборатории для определения в их крови уровня тиреотропного гормона гипофиза с последующей консультацией эндокринолога. ...

13 09 2026 19:54:16

БУДУЩЕЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МАРКЕТИНГА

Статья в формате PDF 141 KB...

12 09 2026 15:28:28

РОЛЬ ПРОВОСПАЛИТЕЛЬНОЙ РЕАКЦИИ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ В ВОЗНИКНОВЕНИИ И АКТИВАЦИИ АТЕРОСКЛЕРОЗА

Статья в формате PDF 116 KB...

11 09 2026 12:45:41

ТРАНСГРАНИЧНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО ЗАБАЙКАЛЬСКОГО КРАЯ В УСЛОВИЯХ КУЛЬТУРНОЙ ГЛОБАЛИЗАЦИИ

Статья в формате PDF 274 KB...

10 09 2026 14:29:58

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА КАЧЕСТВО ИЗМЕРЕНИЙ ПРИБОРА МАЭС

Существующие методы атомной эмиссионной спектроскопии для исследования состава металлов и сплавов используются во всех отраслях машиностроения. По мнению авторов, современные методы уже не обеспечивают необходимых точностей измерений. В данной работе авторами проведены исследования влияния внешних факторов на точность измерений прибора атомно-эмиссионной спектроскопии. ...

09 09 2026 5:58:47

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ФОРМООБРАЗОВАНИЕ МИКРО- И МАКРОРЕЛЬЕФОВ

Статья в формате PDF 131 KB...

08 09 2026 8:18:14

ОЦЕНКА ЦИТОКИНОВОГО ПРОФИЛЯ ПРИ ОСТРОМ ГЕСТАЦИОННОМ ПИЕЛОНЕФРИТЕ

Статья в формате PDF 110 KB...

07 09 2026 19:38:34

ЭКСПРЕССДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ЗДОРОВЬЯ И ТРУДОСПОСОБНОСТИ ЧЕЛОВЕКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Статья в формате PDF 119 KB...

06 09 2026 20:58:46

МОДЕЛИРОВАНИЕ, ИЗМЕРЕНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ФАЗ ПРИ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ИМПУЛЬСНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Статья в формате PDF 107 KB...

05 09 2026 14:26:19

ГУМАНИСТИЧЕСКИЕ ИННОВАЦИИ В СИСТЕМЕ ОБРАЗОВАНИЯ В ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ

Статья в формате PDF 90 KB...

04 09 2026 15:58:13

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕРАПИИ ПАЦИЕНТОВ С АССОЦИАТИВНЫМИ ВАРИАНТАМИ МИКРОФЛОРЫ ПРИ УГРЕВОЙ БОЛЕЗНИ

Статья в формате PDF 274 KB...

03 09 2026 16:30:28

ВЗАИМОСВЯЗЬ ИММУНОСУПРЕССИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ЭРИТРОЦИТОВ С ИЗМЕНЕНИЕМ ИХ МЕМБРАНЫ В УСЛОВИЯХ ПАТОЛОГИИ

Статья в формате PDF 128 KB...

02 09 2026 4:47:14

Математическая модель корреляции уровня oнкoлoгических заболеваний и активности природных источников радиации

Статья в формате PDF 102 KB...

01 09 2026 21:33:51

Морфологические свойства ишемизированной почки на фоне альфа-интерферона

Статья в формате PDF 110 KB...

31 08 2026 14:48:19

РОСТ И РАЗВИТИЕ ОРГАНОВ, ЖЕЛЁЗ ВНУТРЕННЕЙ СЕКРЕЦИИ У БЫЧКОВ НА РАДИОАКТИВНО ЗАГРЯЗНЁННОЙ ТЕРРИТОРИИ

Статья в формате PDF 235 KB...

30 08 2026 12:25:45

АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ ИНСПЕКТИРОВАНИЯ ПОТОЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Статья в формате PDF 274 KB...

29 08 2026 4:25:48

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБЕЗБОЛИВАЮЩИХ СРЕДСТВ В СТОМАТОЛОГИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ВАРИАБЕЛЬНОСТИ РИТМА СЕРДЦА

Статья в формате PDF 116 KB...

28 08 2026 1:26:51

ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ БИОРАЗНОБРАЗИЯ В УСЛОВИЯХ ВЫСОТНО-ПОЯСНОЙ СТРУКТУРЫ ГОРНЫХ ЭКОСИСТЕМ АДЫГЕИ

Проведен анализ результатов многолетних исследований по выявлению состава и объема видового разнообразия,расположенных в наземных экосистемах региона. Наибольшая видовая насыщенность отмечена в среднегорной части района – темнохвойных лесах, где господствует пихта кавказская (запас на исследуемых территориях – 3950 тыс.м3, сомкнутость от 0,5 до 0,9). Нижний подъярус составляют бук восточный, эндемики – дуб скальный, липа кавказская, третичные реликты: граб кавказский, тис ягодный.Геоботанические описания экосистем субальпийских лугов Лагонакского нагорья(1500 м н.у.м.) показал всего 39 видов растений, что говорит о низком видовом богатстве этого сообщества. Число видов на площади 16 м2 изменялось от 7 до 26, в среднем 14,3 вида. Проективное покрытие почвы цветковыми растениями в среднем составляет 19 %. Экосистемы субальпийских лугов хаpaктеризуются высокой относительной численностью животного населения при сравнительно небольшом количестве видов. Здесь доминирует полевка кустариниковая – 51,3 %, обычны – крот кавказский– 2,0 %, другие виды редки, но хаpaктерны – бурозубка кавказская– 6,4 %, мышовка кавказская, а вдоль ручьев – полевка Роберта – 8,2 %. Регулярное сенокошение лугов приводит к обеднению флористического состава, снижению общей высоты травостоя и как следствие, к деградации, выпадению бурозубки кавказской, крота кавказского и полевки прометеевой, численность которых падает до 1,0 %. В результате антропогенного пресса в экосистемах горных поясов, первоначальная структура растительного и животного состава изменена почти на 70 % исследуемой территории. Экосистемы, сформированные в каменных осыпях, криволесьях, парковых лесах региона хаpaктеризуются богатым видовым составом и эндемичностью (от 30 до 70 %). Наиболее эффективным способом сохранения редких видов является охрана их в местах естественного обитания на особо охраняемых территориях. Необходимо выделить эталонные участки с редкими и уязвимыми видами и контролировать с учетом их экологических особенностей (например, горные склоны Пшеха-Су и Фишт с видами – лисохвост пушистоцветковый, лютик Елены, лапчатка чудесная, овсяница кавказская, овсяница джимильская; серна,тур западнокавказский,улар кавказский). ...