Для определения допускаемых напряжений в машиностроении применяют следующие основные методы.
1. Дифференцированный запас прочности находят как произведение ряда частных коэффициентов, учитывающих надежность материала, степень ответственности детали, точность расчетных формул и действующие силы и другие факторы, определяющие условия работы деталей.
2. Табличный - допускаемые напряжения принимают по нормам, систематизированным в виде таблиц
(табл. 1 - 7). Этот метод менее точен, но наиболее прост и удобен для практического пользования при проектировочных и проверочных прочностных расчетах.
Какова на самом деле сила?
Вибрационно-поглощающие компоненты должны быть спроектированы и рассчитаны по-разному, чем чисто статические напряжения. Низкие нагрузки могут быть связаны с компонентом так часто, как требуется, не приводя к сбою. Задача проектировщика - определить либо срок службы при заданной нагрузке, либо загружаемую нагрузку с требуемым сроком службы.
Грузы и грузы
Когда нагрузки наносятся на компонент снаружи, Ньютон вызывает встречную реакцию внутри. Есть тогда напряженность, час он действует на поверхность. Напряжение, возникающее в находящемся под угрозой поперечном сечении, не должно превышать допустимого допустимого значения. Это допустимое напряжение в основном зависит от материала, от типа напряжения и напряжения, а также от геометрической формы компонента и, Например, температура компонента, остаточные напряжения, дефекты материала, коррозионная среда или состояние обработки.
В работе конструкторских бюро и при расчетах деталей машин применяются как дифференцированный, так и. табличный методы, а также их комбинация. В табл. 4 - 6 приведены допускаемые напряжения для нетиповых литых деталей, на которые не разработаны специальные методы расчета и соответствующие им допускаемые напряжения. Типовые детали (например, зубчатые и червячные колеса, шкивы) следует рассчитывать по методикам, приводимым в соответствующем разделе справочника или специальной литературе.
Кривую Вёлера также называют граничной линией, и это термины материальной инженерии. Устойчивость усталости используется для определения усталостной прочности материалов или компонентов. С этой целью испытательные тела загружаются через определенные промежутки времени. Для определения значений испытательные тела испытываются через несколько интервалов. Испытание выполняется до тех пор, пока не будет определен определенный отказ или не будет определена предельная вибрационная скорость, Образцы для испытаний, которые не подрывают, поскольку предельный индекс вибрации считается долговечным.
Приведенные допускаемые напряжения предназначены для приближенных расчетов только на основные нагрузки. Для более точных расчетов с учетом дополнительных нагрузок (например, динамических) табличные значения следует увеличивать на 20 - 30 %.
Допускаемые напряжения даны без учета концентрации напряжений и размеров детали, вычислены для стальных гладких полированных образцов диаметром 6-12 мм и для необработанных круглых чугунных отливок диаметром 30 мм. При определении наибольших напряжений в рассчитываемой детали нужно номинальные напряжения σ ном и τ ном умножать на коэффициент концентрации k σ или k τ :
Напряжения выше усталостной прочности заставляют компонент терпеть неудачу после определенного количества вибраций. Количество устойчивых колебаний компонента при рабочей нагрузке до отказа может быть предсказано со статистической точностью с помощью линии Вёлера. Это называется оперативно стабильным размером компонента.
Диаграмма прочности Усталость
Сила работоспособности теперь играет роль практически во всех областях машиностроения. Если вы хотите создать изображение усталостной жизни, необходимы несколько экспериментов и, следовательно, очень большое усилие экспериментов. В машиностроении обычно используется изображение усталостной прочности по Смиту.
1. Допускаемые напряжения*
для углеродистых сталей обыкновенного качества в горячекатаном состоянии
| Марка стали | Допускаемые напряжения **, МПа | |||||||||||||
| при растяжении [σ p ] | при изгибе [σ из ] | при кручении [τ кр ] | при срезе [τ ср ] | при смятии [σ см ] | ||||||||||
| I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | |
| Ст2 Ст3 Ст4 Ст5 Ст6 | 115 125 140 165 195 | 80 90 95 115 140 | 60 70 75 90 110 | 140 150 170 200 230 | 100 110 120 140 170 | 80 85 95 110 135 | 85 95 105 125 145 | 65 65 75 80 105 | 50 50 60 70 80 | 70 75 85 100 115 | 50 50 65 65 85 | 40 40 50 55 65 | 175 190 210 250 290 | 120 135 145 175 210 |
* Горский А.И.. Иванов-Емин Е. Б.. Кареновский А. И. Определение допускаемых напряжений при расчетах на прочность. НИИмаш, М., 1974.
** Римскими цифрами обозначен вид нагрузки: I - статическая; II - переменная, действующая от нуля до максимума, от максимума до нуля (пульсирующая); III - знакопеременная (симметричная).
2. Механические свойства и допускаемые напряжения
углеродистых качественных конструкционных сталей
Оценка в структурной механике
Задачи в области расчета прочности в: Техническая математика Металл, стр. 99. . Существует фундаментальное различие между результатами измерения и анализа напряжений. Простые формулы обычно используются для определения размеров. Результаты основаны на идеализации, соответствующей соответствующим и фундаментальным характеристикам. Анализ напряжения обеспечивает локальные напряжения и значения результатов в соответствии с точностью модели и типом выбранного элемента.
Размеры обычно основаны на простых формулах, которые приспособлены к возможному отказу из-за сильного перелома, усталости или чрезмерной деформации. Во многих случаях для этого конкретного случая уже предусмотрено дополнительное залоговое обеспечение.
3. Механические свойства и допускаемые напряжения
легированных конструкционных сталей
4. Механические свойства и допускаемые напряжения
для отливок из углеродистых и легированных сталей
Увеличение момента до значения, при котором наибольшее напряжение выходит за пределы предела прочности при растяжении, еще не приводит к разрушению, так как коэффициент нагрузки поперечного сечения также действует как запас. Поэтому линейно распределенное напряжение, называемое напряжением изгиба, может использоваться с другой безопасностью, чем напряжение диафрагмы. В боковых вертикальных опорах растяжение мембраны приводит к продольному направлению опор, т.е. равномерно распределенному по поперечному сечению опоры.
Это напряжение удерживает внешнюю нагрузку сбалансированной, поэтому это первичное напряжение. Когда это натяжение достигает предела прочности, рама разрушается. Для обеспечения безопасности необходимо соблюдать ограничение на растяжение и коэффициент безопасности 1, 5.
5. Механические свойства и допускаемые напряжения
для отливок из серого чугуна
6. Механические свойства и допускаемые напряжения
для отливок из ковкого чугуна
7. Допускаемые напряжения для пластмассовых деталей
Оценка этих категорий стресса должна происходить в этом порядке, так как только если наблюдаются первые предельные значения, полезно также изучить следующие предельные значения. Пример повседневной жизни: газовый баллон находится под внутренним давлением сжиженного газа. Этот контейнер по существу состоит из цилиндрической центральной части и днища с обоих концов. Когда газовый баллон нагревается на солнце или внутреннее давление интенсивно увеличивается другими способами, области сгибания будут в первую очередь деформироваться отчетливо.
Для пластичных (незакаленных) сталей при статических напряжениях (I вид нагрузки) коэффициент концентрации не учитывают. Для однородных сталей (σ в > 1300 МПа, а также в случае работы их при низких температурах) коэффициент концентрации, при наличии концентрации напряжения, вводят в расчет и при нагрузках I вида (k > 1). Для пластичных сталей при действии переменных нагрузок и при наличии концентрации напряжений эти напряжения необходимо учитывать.
Высокие удлинения будут происходить при переходе крышки. Однако в какой-то момент стена будет разрываться в продольном направлении. Если вместо этой жесткой обработки газовый баллон падает на землю, возможно, только один угол будет введен без утечки газового баллона. Это тогда локально высокая деформация с высоким удлинением.
Но и мембранное напряжение не так важно, как было показано до сих пор. Если пучок, на котором вышеуказанный размещен в продольном направлении между неподвижными, неперемещаемыми стенками и нагревается, продольное напряжение получается в соответствии с формулой.
Для чугунов в большинстве случаев коэффициент концентрации напряжений приближенно принимают равным единице при всех видах нагрузок (I - III). При расчетах на прочность для учета размеров детали приведенные табличные допускаемые напряжения для литых деталей следует умножать на коэффициент масштабного фактора, равный 1,4 ... 5.
Это напряжение равномерно по поперечному сечению и, следовательно, мембранному напряжению. Прерывает ли бар в этом состоянии? Даже если температура повышается на 300 ° и более, она остается между неподвижными стенками, только при очень высоких температурах она будет таять и, таким образом, «провалиться».
Этот случай показывает, что также из причины, которая должна быть дифференцирована между. Напряжения, внешние нагрузки и напряжения, вызванные ограничениями или тепловыми деформациями. Напряжения, возникающие локально через углы или выемки. . В некоторых случаях может быть очень сложно рассчитать реальные пределы отказа или получить пределы от расчета. Даже если расчет выполняется точно и подробно, результаты зависят от допущений. Должно быть рассчитано давление разрыва? Затем необходимо задать фактические значения материала, фактические сварные швы и другие детали.
Приближенные эмпирические зависимости пределов выносливости для случаев нагружения с симметричным циклом:
для углеродистых сталей:
- при изгибе, σ -1 = (0,40÷0,46)σ в
;
σ -1р = (0,65÷0,75)σ -1
;
- при кручении, τ -1 = (0,55÷0,65)σ -1
;
для легированных сталей:
- при изгибе, σ -1 = (0,45÷0,55)σ в
;
- при растяжении или сжатии, σ -1р = (0,70÷0,90)σ -1
;
- при кручении, τ -1 = (0,50÷0,65)σ -1
;
Должен ли вычисляться продольный изгиб? Затем существующие недостатки размеров, материальных данных, структуры и других вещей, которые нужно задать. 3-мерные объемные элементы с плоскими поверхностными элементами или с линейными элементами луча. В зависимости от цели анализа каждый из этих типов элементов может быть оправдан.
3-мерные элементы объема и элементы плоской поверхности будут обеспечивать составляющие напряжения локальными пиками при зажатии. Если искать изгибное напряжение в поперечном сечении, распределение напряжений следует исследовать вдоль линии поперек оси пучка. Кривая напряжения должна быть обработана арифметически и определена линейная функция, которая дает соответствующий изгибающий момент.
для стального литья:
- при изгибе, σ -1 = (0,35÷0,45)σ в
;
- при растяжении или сжатии, σ -1р = (0,65÷0,75)σ -1
;
- при кручении, τ -1 = (0,55÷0,65)σ -1
.
Механические свойства и допускаемые напряжения антифрикционного чугуна:
- предел прочности при изгибе 250 ÷ 300 МПа,
- допускаемые напряжения при изгибе: 95 МПа для I; 70 МПа - II: 45 МПа - III, где I. II, III - обозначения видов нагрузки, см. табл. 1.
При использовании линейных элементов луча в результате возникают нормальные и изгибные напряжения. Поэтому линеаризация не требуется. Однако локальные пики напряжения при зажатии не возникают. В случае тонкостенных компонентов и в случае таких компонентов, в которых локальные пики напряжения не востребованы за пределы мембранных и изгибающих напряжений, элементы оболочки являются хорошим выбором. Как и в случае с лучами, получаются нормальные и изгибающие напряжения в элементах. Эти результаты часто являются числами, которые являются решающими для оценки и оценки силы в соответствии с правилами.
Ориентировочные допускаемые напряжения для цветных металлов на растяжение и сжатие. МПа:
- 30...110 - для меди;
- 60...130 - латуни;
- 50...110 - бронзы;
- 25...70 - алюминия;
- 70...140 - дюралюминия.
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.
Допустимые допустимые напряжения некоторых материалов могут сильно отличаться в зависимости от типа использования и других условий. Чем меньше выбор, тем выше влияние, которое было оставлено вне статического расчета конструкции или вообще невозможно вычислить. Возможность непреднамеренной неполноценности в материале, при выполнении и обслуживании, дегенераций из-за ржавчины и выветривания и т.д. таким образом, для промежуточных носителей железнодорожных мостов, которые сразу же подвергаются грабли, на месте могут быть меньше нагрузок, чем для основных носителей, в неблагоприятных условиях производства и установки, меньших, чем благоприятные, для конструкций с неопределенной продолжительностью, меньшей, чем для временных установок.
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.
Избегайте действия шаблона. В соответствии с этим все обычные данные могут означать только средние значения при обычных условиях. Основной задачей статического структурного анализа структур является оценка состояния напряжения структуры, подверженной постоянным силам с течением времени. Эта оценка состояния напряжения обычно выполняется для того, чтобы исследовать конструктивные характеристики, принятые по критерию выносливости. Критерий сопротивления обычно формулируется следующим образом.
Основными результатами статического решения являются. Эти данные обычно достаточны для прогнозирования поведения структуры и принятия решений для оптимизации геометрической формы детали с целью обеспечения основных критериев сопротивления кусков. Детали шагов статического анализа.
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.
Контрольные вопросы и задания
Статический анализ модели осуществляется в несколько этапов. В нем перечислены элементы, необходимые для проведения анализа. Чтобы запустить статическое сканирование, выполните следующие действия. Создание сплошной трехмерной модели детали. Статический анализ может быть выполнен на одной или нескольких операциях тел.
Вы можете использовать один из следующих способов создания исследования. Также необходимо указать тип исследования в окне свойств системы. Если на сцене несколько органов, вам нужно выбрать одно или несколько тел в контакте, что создаст новое исследование.
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.
Примеры решения задач
Одним из необходимых элементов любого решения является предмет. Подробное описание методов материала, которые вы определяете для расчетов, приведено в соответствующем разделе описания препроцессора. Для выполнения моделирования конечных элементов необходимо построить сетку конечных элементов. По умолчанию команда сборки сетки запускается автоматически при создании исследования. При создании сетки пользователь определяет различные параметры дискретизации твердотельной модели. Конечная элементная сетка может существенно влиять на качество решения, полученное в случаях сложной пространственной конфигурации кусков.
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.
