Особенности определения допускаемых напряжений. Предельные и допустимые напряжения

Предельным напряжением считают напряжение, при котором в материале возникает опасное состояние (разрушение или опасная деформация).

Для пластичных материалов предельным напряжением счита­ют предел текучести, т.к. возникающие пластические деформации не исчезают после снятия нагрузки:

Для хрупких материалов, где пластические деформации отсут­ствуют, а разрушение возникает по хрупкому типу (шейки не обра­зуется), за предельное напряжение принимают предел прочности:

«Тревога» отразилась в этом году в результате землетрясения в Нортридже, произошедшего в этой стране, потому что в большом количестве зданий эти соединения были разрушены хрупким образом, что связано с относительно небольшим архитектурным ущербом. Очевидно, что эти инженеры не ожидали такого поведения, но это именно то, что произошло, как мы показали, с трещиной, обычно начинающейся с полного стыкового соединения между нижней таблицей луча и столбом столбцов. Траектории разрушения изменялись, например, между только металлом сварного шва; только часть стола рядом с металлом сварного шва; все поперечное сечение колонны и т.д.

Для пластично-хрупких материалов предельным напряжением считают напряжение, соответствующее максимальной деформации 0,2% (сто,2):

Допускаемое напряжение - максимальное напряжение, при ко­тором материал должен нормально работать.

Допускаемые напряжения получают по предельным с учетом запаса прочности:

Исследования показали, что ряд факторов способствовал тому, что сварные соединения по своей сути были хрупкими. Вероятно, среди наиболее важных модификаций конструкции, это делает сварные соединения более упругими, чем балки, которые они соединяют, как мы увидим ниже. Как следствие, в настоящее время существует консенсус в отношении того, что проверка структурной пластичности должна определяться количественно на том же уровне, что и прочность и жесткость.

Хотя признано, что структурный ущерб также возникает из-за деформаций, обычная практика проектирования конструкций для не сейсмических нагрузок учитывает только требования прочности и жесткости. Проверка стабильности, включая стабильность, связана с предельным предельным состоянием, гарантируя, что значение силы, развитое в структуре, остается в диапазоне упругих деформаций, или некоторые пластические деформации могут возникать в соответствии с конструктивными предположениями. В свою очередь, проверка жесткости обычно связана с предельным состоянием обслуживания, при этом смещения структуры остаются в допустимых пределах.

где [σ] - допускаемое напряжение; s - коэффициент запаса прочно­сти; [s] - допускаемый коэффициент запаса прочности.

Примечание. В квадратных скобках принято обозначать допускаемое значение величины.

Допускаемый коэффициент запаса прочности зависит от каче­ства материала, условий работы детали, назначения детали, точно­сти обработки и расчета и т. д.

Например, для гражданских стальных конструкций существует потребность в максимальных размерах толщины базовых металлов при определенных значениях энергии, поглощаемых при испытании на удар при разных температурах, и этот вопрос также включает вопрос о вероятности возникновения пластинчатой ​​декоэзии - или разрыв напряжения, ортогональный плоскостям разрывов, которые могут существовать в толщине относительно толстых листов и которые не претерпели достаточной деформации путем прокатки.

Поэтому, хотя нормы или кодексы не предлагают объективных решений вопроса о пластичности, дизайнеры и исследователи разрабатывают альтернативные способы. Пластичность сварного соединения зависит от важности поведения всех компонентов и между колонной и балкой, она определяется деформацией сдвиговой пластики, дроблением панели или разрушением сварного шва. Существует несколько решений, и, по-видимому, тот, который мы показываем, является наиболее эффективным, при этом ширина таблиц луча уменьшается близко к соединению, и в этом месте происходит пластиковая коленная чашка, что также позволяет значительно уменьшить размеры колонны.

Он может колебаться от 1,25 для простых деталей до 12,5 для сложных деталей, работающих при переменных нагрузках в услови­ях ударов и вибраций.

Особенности поведения материалов при испытаниях на сжатие:

1. Пластичные материалы практически одинаково работают при растяжении и сжатии. Механические характеристики при растяже­нии и сжатии одинаковы.

С другой стороны, как мы показали, в сварных соединениях, подверженных эксцентриситету «в плоскости», сварной шов может деформироваться во всем его растяжении; однако в тех суставах, где имеется эксцентриситет «вне плоскости», часть сварного шва в зоне сжатия не может деформироваться, поскольку существует прямая поддержка между свариваемыми листами. Это принципиальное различие между эксцентрическими нагрузками в плоскости и от плоскости было признано при выводе в формулировке предельного предельного состояния для сопротивления эксцентриковых сварных соединений и было принято с различными уровнями консерватизма по различным стандартам и кодам.

2. Хрупкие материалы обычно обладают большей прочностью при сжатии, чем при растяжении: σ вр < σ вс.

Если допускаемое напряжение при растяжении и сжатии раз­лично, их обозначают [σ р ] (растяжение), [σ с ] (сжатие).

Расчеты на прочность при растяжении и сжатии

Расчеты на прочность ведутся по условиям прочности - нера­венствам, выполнение которых гарантирует прочность детали при данных условиях.

Кроме того, как упоминалось в предыдущей статье, заметна разница в прочности металла шва при изменении угла между направлением сварного шва и нагрузкой - допустимое напряжение в поперечном сварном шве составляет примерно на 50% больше, чем в продольном. Примерно через 15 лет этот факт был подробно проанализирован и подтвержден. Обратите внимание, что, хотя поперечные соединения более устойчивы, они деформируются гораздо меньше и, следовательно, обладают значительно меньшей пластичностью. В этой статье мы попытаемся продемонстрировать необходимость как конструктора, так и инженера по сварке учитывать некоторые важные факты, касающиеся пластичности сварного соединения, особенно в определенных ситуациях, являющихся по своей сути менее подвижным участком конструкции.

Для обеспечения прочности расчетное напряжение не должно превышать допускаемого напряжения:

Расчетное напряжение а зависит от нагрузки и размеров попе­речного сечения, допускаемое только от материала детали и усло­вий работы.

Существуют три вида расчета на прочность.

1. Проектировочный расчет - задана расчетная схема и на­грузки; материал или размеры детали подбираются:

Кроме того, следует избегать проектов, которые приводят к чрезмерной жесткости, и соединения рассматриваются как неотъемлемая часть структурного анализа. Мы также стараемся подчеркнуть, что это не является достаточным для металлов основания и сварных швов, чтобы они соответствовали уровням вязкости и пластичности, требуемым стандартами и кодами. Эти специалисты могут не только удовлетвориться результатами этих испытаний, как мы решительно повторяем, они не адекватно представляют реальные ситуации, через которые проходят самые разнообразные сварные конструкции.

Определение размеров поперечного сечения:

Подбор материала

по величине σ пред можно подобрать марку материала.

2. Проверочный расчет - известны нагрузки, материал, раз­меры детали; необходимо проверить, обеспечена ли прочность.

Проверяется неравенство

3. Определение нагрузочной способности (максимальной нагрузки):

Таким образом, удовлетворительная конструкция может быть достигнута только в том случае, когда существует вид пластичности в результате подходящих комбинаций основания и металлов сварного шва компонентов и структуры в глобальном масштабе. Кроме того, мы кратко анализируем математические аспекты пластичности, пытаясь показать, что, по-видимому, очень четкие черты на самом деле являются частями неделимого целого.

Сортировка сварных швов: критический обзор. Новые парадигмы для спецификации паяного шва. Американский институт стального строительства. Сейсмическая конструкция железобетонных и кладочных зданий. Пластичность и сейсмический отклик. Общий отчет о местной пластичности.

Примеры решения задач

Прямой брус растянут силой 150 кН (рис. 22.6), материал - сталь σ т = 570 МПа, σ в = 720 МПа, запас прочности [s] = 1,5. Определить размеры поперечного сечения бруса.



Решение

1. Условие прочности:

2. Потребная площадь поперечного сече­ния определяется соотношением

Механика механического разрушения. Структурный контроль: прошлое, настоящее и будущее. Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций - Часть 1-1: Общие правила и правила для зданий. Основы теории пластичности. Оптимизация конструкции конструкций конструкционных стальных элементов в соответствии с Еврокодом.

Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций - Часть 1-10: Твердость материала и свойства толщины. Спецификация для зданий из конструкционной стали. Сейсмические положения для зданий из конструкционной стали. Новый дизайн для сейсмических зон. Сварные соединения при комбинированном сдвиге и моменте.

3. Допускаемое напряжение для материала рассчитывается из заданных механических характеристик. Наличие предела текучести означает, что материал - пластичный.

4. Определяем величину потребной площади поперечного сече­ния бруса и подбираем размеры для двух случаев.

Прочность сварных швов в зависимости от направления нагрузки. Эксцентрично нагруженные сварные соединения. Конечная прочность сварных соединений с филе сваркой, загруженных в плоскость. Сила и поведение многозарядных сварных соединений филе. Отчет по структурной инженерии 225, Департамент гражданской и экологической инженерии, Университет Альберты.

Металлические материалы и изделия подвергают термической обработке в их получения, а на следующий обработку. Различают несколько видов термической обработки. Том, когда они должны достичь той же твердости по всей длине и поверхности, для улучшения свойств только поверхностного слоя для защиты от коррозии, извержений и других положительных качеств.

Сечение - круг, определяем диаметр.

Полученную величину округляем в большую сторону d = 25 мм, А = 4,91 см 2 .

Сечение - равнополочный уголок № 5 по ГОСТ 8509-86.

Ближайшая площадь поперечного сечения уголка - А = 4,29 см 2 (d = 5 мм). 4,91 > 4,29 (Приложение 1).

Контрольные вопросы и задания

1. Какое явление называют текучестью?

В основных методов термообработки изменяют структуру и свойства, без изменения состава материала и формы изделий. Отжиг представляет собой термическую обработку, которая включает нагревание до температуры выше критической точки фазового перехода, выдерживают при этой температуре и последующем медленном охлаждении.

Оптимальная температура нагрева составляет 930-960 ° С На практике это реализуется в виде части охлаждаются с печью в открытой или закрытой двери печи. Неполный отжиг стальных деталей нагревают от 747-777 ° С Охлаждение происходит медленно, с низкой скоростью, тем самым снижая внутреннее напряжение и твердость.

2. Что такое «шейка», в какой точке диаграммы растяжения она образуется?

3. Почему полученные при испытаниях механические характе­ристики носят условный характер?

4. Перечислите характеристики прочности.

5. Перечислите характеристики пластичности.

6. В чем разница между диаграммой растяжения, вычерченной автоматически, и приведенной диаграммой растяжения?

Сохранить твердость, аналогичную, что после закалки, но удаляются из части внутреннего напряжения, тем самым увеличивая прочность на удар. Достигнутая большая ударная прочность материала. Твердость большинства сталей значительно снижается. Таким образом, некоторые элементы добавляются жаропрочных сталей. Высокая температура отпуска проводят при 550-650 ° С - для углеродистых и легированных конструкционных сталей с низким и средним содержанием углерода, которые сделаны из осей, валов и т.д. и при необходимости сопротивления высоких ударных нагрузок.

7. Какая из механических характеристик выбирается в качестве предельного напряжения для пластичных и хрупких материалов?

8. В чем различие между предельным и допускаемым напряже­ниями?

9. Запишите условие прочности при растяжении и сжатии. Отли­чаются ли условия прочности при расчете на растяжение и расчете на сжатие?

Комплекс закаливания плюс высокотемпературного отжига называют улучшения стали. Улучшение может быть окончательное лечение, например, упрочнение низкой и средней температуры отжига, но часто после того, как были проведены и другие процедуры - например. азотирования. Цель состоит в том, чтобы увеличить твердость и износостойкость в поверхностном слое гарантировано за счет улучшения прочности на растяжение при динамических нагрузках.

Они стали с высокой термостойкостью. При этих температурах в таких сталях, подвергающихся процессы, связанные с подготовкой вторичной твердости. Если гашение высокой температуры закалки необходимо проводить при высокой температуре, и она стремится обеспечить вторичную твердость и большую теплостойкость. Во время одной из встреч меня спросили: ну, мы уже знаем, как спать, но почему в целом?


Ответьте на вопросы тестового задания.

Коэффициент запаса прочности какого-либо элемента конструкции равен отношению предельной нагрузки, вызывает потерю прочности элемента, к нагрузке, что создает допустимое напряжение. При этом под потерей прочности понимается не только разрушение элемента, но и появление в нем остаточных деформаций. Поэтому для элемента конструкции, выполненного из пластичного материала, предельным напряжением предел текучести. В большинстве случаев рабочие напряжения в элементах конструкции пропорциональны нагрузкой, а потому коэффициент запаса определяется как отношение предела прочности к допускаемому напряжению (коэффициент запаса по пределу прочности). Так, если предел прочности конструкционной стали равна 540 МПа, а допустимое напряжение - 180 МПа, то коэффициент запаса равен 3.

Но все это имеет много общего с морскими и воздушными катастрофами в недалеком прошлом. Начнем с напоминания о законе Гука. По его словам, деформация материала спринклера прямо пропорциональна напряжению, но этот закон применяется только к определенному значению, выше которого следует «катастрофа» - нарушение непрерывности материала. Разумеется, значение критического напряжения зависит, конечно, от исследуемого материала и от сил элементарных кирпичей, из которых он строится, - атомов, частиц или их «конгломератов».

Эти силы определяют значение так называемого Модуль Юнга и граница применимого закона Гука а. Закон Гука более недействителен, так как зависимость напряжений от деформации уже не является линейной для высоких значений растяжения, но пока мы не будем иметь дело с ней. Ньютон - это единица силы, примерно такая же, как Земля, но она влияет на средний размер яблока в окрестностях Лондона.

Допустимое (допустимое) напряжение - это значение напряжения, которое считается предельно приемлемым при исчислении размеров поперечного сечения элемента, рассчитываемый на заданную нагрузку. Можно говорить о допускаемых напряжениях растяжения, сжатия и сдвига. Допустимые напряжения или предлагаются компетентной инстанцией (скажем, отделом мостов управления железной дороги) , или выбираются конструктором, осведомленным свойства материала и условия его применения. Допускаемым напряжением ограничивается максимальное рабочее напряжение конструкции.

Трещинами материала являются создание двух поверхностей, между которыми нарушаются молекулярные связи. Его размер определяет критическую величину напряжения, при которой происходит катастрофа Гука. Мы можем провести довольно простую оценку критического напряжения для стекла, например, и это важно для безопасности пассажиров в автомобиле. В аэродинамике автомобиля и его эстетике это прежде всего механическая защита, защищающая пассажиров от воздействия различных предметов и птиц.

В чем причина почти сотой разницы между теорией и практикой? Бедствие стоило жизни 36 моряков. Измерения показали, что напряжения в корпусе судна были в пределах норм, принятых строителями, и были значительно ниже «запаса прочности», вызванного оценкой критического напряжения для стали, аналогичной той, что была выполнена в рамке выше. Адмиралы, инженеры и ученые не смогли объяснить причины этой катастрофы, как и многие другие катастрофы кораблей и кораблей, известные в истории.

В сопротивлении материалов большое внимание уделяется выводу соотношений между заданными нагрузками, размерами и формой элемента несущей конструкции эти нагрузки или опорного им, и напряжениями, возникающими в определенных сечениях элемента конструкции. Как правило, цель расчетов заключается в том, чтобы найти необходимые размеры элемента, при которых максимальное рабочее напряжение в нем не будет превышать допускаемого.

При проектировании конструкций ставится цель создать конструкцию, которая, будучи надежной, в то же время была бы предельно легкой и экономичной. Надежность обеспечивается тем, что каждому элементу предоставляют такие размеры, при которых максимальное рабочее напряжение в нем будет в определенной степени меньше напряжения, вызывает потерю прочности этим элементом. Потеря прочности не обязательно означает разрушение. Машина или строительная конструкция считается отказала, когда она не может удовлетворительно выполнять свою функцию. Деталь из пластичного материала, как правило, теряет прочность, когда напряжение в ней достигает предела текучести, так как при этом из-за слишком большой деформации детали машина или конструкция перестает соответствовать своему назначению. Если же деталь выполнена из хрупкого материала, то она почти не деформируется, и потеря ею прочности совпадает с ее разрушением.

1.4.10. Для елементовсосудов и аппаратов, рассчитываются не по предельным нагрузкам (например, фланцевых соединений) допускаемые напряжения должны определять посоответствующей нормативно -технической документации, утвержденной в установленном порядке.

Предел ползучести используютдля определения допустимого напряжения в тех случаях, когда отсутствуют данниепо пределы длительной прочности или по условиям эксплуатации необходимоограничить величину деформации (перемещения).

4.3 В основу методов расчета на прочностьбольшинства элементов сосудов принят метод расчета по предельным нагрузкам. Дляудобства расчета коэффициенты запаса прочности до предельных нагрузкамучитиваются при определении допустимых напряжений. Для отдельных элементов (например, фланцевых соединений) или условий нагрузки, например припеременних нагрузках, расчет ведется по допускаемым напряжениям.

Так как детали и сооружения в целом должны безопасно работать и при этих неблагоприятных условиях, то необходимо принять определенные меры предосторожности. С этой целью напряжения, обеспечивают безотказную работу (эксплуатации) машины или любого другого сооружения, должны быть ниже тех предельных напряжений, при которых может произойти разрушение или возникнуть пластические деформации.

При постройке вагонов широко применяются углеродистые и низколегированные стали. Для изготовления основных несущих элементов вагонов (рам тележек, позвоночных и шкворневых балок, каркаса и обшивки кузова) наибольшее применение имеет низколегированная сталь марки 09Г2Д, обладающий повышенной прочностью и коррозионной стойкостью. При строительстве новых грузовых вагонов в десятой пятилетке будут использованы и низколегированные стали 10ХНДП и 10Г25Д.

Допустимые напряжения и коэффициенты запаса прочности для резьбовых соединений приведены в таблицах 1.2 и 1.3. Они учитывают точность расчетных формул, характер нагрузки, качество монтажа соединения (контролируемая или неконтролируемая затяжка) и т.д.

При выборе материала учитывают условия работы (температуру, коррозию и т.п.), значение и характер нагрузки (статическая или переменная), способ изготовления и объем производства. Например, стандартные крепежные изделия общего назначения изготавливают из низко- и среднеуглеродистых сталей типа сталь 10... сталь 35. Эти дешевые стали позволяют производить большие партии болтов, винтов и гаек методом холодной высадки или штамповки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали 35Х, 30ХГСА применяют для высоконагруженных деталей при переменных и ударных нагрузках, при высоких температурах, в агрессивных средах и т.д.

В тех случаях, когда увеличение массы конструкции, связанное с увеличением диаметра болтов, является неоправданным (например, авиастроение) , применяют контролируемую затяжку. Возможность значительного увеличения статической нагрузки болтов из стали 20 при контролируемой затяжке показана в таблице 1.4.

Похожие статьи