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
111 KB...
12 06 2026 20:56:36
Статья в формате PDF
91 KB...
11 06 2026 1:50:38
В данной работе предложен принципиально новый подход нахождения справедливой цены опциона европейского типа при условии дискретности хеджирования на эффективном рынке базового актива. Развитый подход позволяет определить стоимость опциона для достаточно широкого класса распределений цены базового актива, не ограничиваясь гипотезой о том, что распределение цен базового актива подчиняется логнормальному закону. Анализ полученных результатов позволил утверждать, что существуют такие состояния рынка, при которых осуществить хеджирование не предоставляется возможным. Данный эффект не находится в противоречии с теорией Блэка-Шоулза, т.к. конфигурация областей «нехеджируемости» вырождается в пустое множество при достаточно большом количестве актов хеджирования и достаточно малом промежутке времени между актами хеджирования
...
10 06 2026 3:36:46
Статья в формате PDF
126 KB...
09 06 2026 15:30:40
Статья в формате PDF
354 KB...
07 06 2026 20:34:58
Статья в формате PDF
141 KB...
04 06 2026 5:42:46
Статья в формате PDF
348 KB...
03 06 2026 16:16:49
Статья в формате PDF
291 KB...
02 06 2026 20:49:20
Статья в формате PDF
123 KB...
01 06 2026 6:24:11
Статья в формате PDF
190 KB...
31 05 2026 9:22:27
Анализ данных литературы и результатов собственных наблюдений за беременными с внутриутробным инфицированием плода, находящихся на стационарном лечении в Перинатальном центре г. Энгельса свидетельствуют о том, что ведущими этиологическими факторами ВУИ плода являются xлaмидии , микоплазмы, уреаплазмы , вирусы простого гepпeса 1и 2 типов, а также цитомегаловирусы. Чаще всего при внутриутробном инфицировании плода встречается смешанное инфицирование вирусно-бактериальной, вирусно-вирусной природы и их различные ассоциации с трихомонадами, включающие трех и более возбудителей.
...
30 05 2026 10:17:43
Общеобразовательный процесс включает в себя множество учебных дисциплин, формирующих мышление учащихся, в том числе и естественнонаучные дисциплины. Гимназическое образование в современной жизни формирует у учащихся личностные качества, ценностные ориентиры, социально значимые знания, отвечающие динамичным изменениям социума и необходимые для организации самостоятельной достойной жизни.
...
29 05 2026 0:20:17
Статья в формате PDF
119 KB...
28 05 2026 11:39:35
Дана оценка современным физико-химическим методам исследования для контроля, сертификации и гигиенической оценке безопасности нономатариалов. Разработаны методики определения ряда тяжелых металлов в биологических средах, которые утверждены МЗ РФ и Роспотребнадзором РФ и могут быть использованы для оценки безопасности наноматериалов.
...
26 05 2026 9:30:15
Выделены навыки социальной коммуникации, необходимые для успешного освоения химических дисциплин. Предложен один из путей снятия напряженности в процессе общения преподавателя и студента - виртуальный письменный диалог, реализованный в виде учебного пособия. Используемые в пособии методические приемы позволяют наиболее полно сформировать необходимый инструментарий познания: (логические операции + социальная коммуникация) → понимание → знание.
...
24 05 2026 15:24:36
Статья в формате PDF
94 KB...
23 05 2026 16:56:56
Статья в формате PDF
111 KB...
21 05 2026 5:21:58
Статья в формате PDF
1190 KB...
20 05 2026 1:42:10
Статья в формате PDF
119 KB...
19 05 2026 10:57:46
Статья в формате PDF
267 KB...
18 05 2026 21:49:59
Статья в формате PDF
238 KB...
17 05 2026 6:27:11
Статья в формате PDF
252 KB...
16 05 2026 16:52:13
Статья в формате PDF
255 KB...
15 05 2026 23:25:39
Представлен обзор литературы о значении компонентов системы активации плазминогена при злокачественных новообразованиях различной локализации, а также у больных paком желудка. Рассмотрены клиническое значение и роль активаторов плазминогена урокиназного (uPA) и тканевого (tPA) типов, а также их ингибиторов 1 и 2 типа (PAI-1 и PAI-2) в метастазировании и инвазии опухолей. Показано, что увеличение концентрации в опухоли uPA и PAI-1 может быть связано с повышенным риском возникновения метастазов и рецидивов заболевания, и наоборот высокое содержание в опухолевой ткани PAI-2 и tPA коррелирует с благоприятным прогнозом.
...
14 05 2026 0:31:34
Статья в формате PDF
132 KB...
13 05 2026 4:11:35
Статья в формате PDF
288 KB...
12 05 2026 7:30:14
Статья в формате PDF
105 KB...
11 05 2026 20:58:48
Статья в формате PDF
132 KB...
10 05 2026 20:30:54
Статья в формате PDF
109 KB...
09 05 2026 2:50:25
Статья в формате PDF
395 KB...
08 05 2026 12:16:54
Статья в формате PDF
106 KB...
06 05 2026 1:45:22
Статья в формате PDF
285 KB...
05 05 2026 6:55:21
Статья в формате PDF
263 KB...
04 05 2026 19:17:45
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 ::
