Untuk menentukan tegangan yang diijinkan dalam teknik mesin, metode dasar berikut digunakan.
1. Margin keamanan yang berbeda ditemukan sebagai produk dari sejumlah koefisien parsial yang memperhitungkan keandalan bahan, tingkat tanggung jawab bagian, keakuratan rumus perhitungan dan gaya kerja dan faktor lain yang menentukan kondisi kerja bagian.
2. Tabular - tegangan yang diijinkan diambil sesuai dengan standar yang disistematisasikan dalam bentuk tabel
(tabel. 1 - 7). Metode ini kurang akurat, tetapi paling sederhana dan paling nyaman untuk penggunaan praktis dalam desain dan perhitungan kekuatan verifikasi.
Apa kekuatan sebenarnya?
Komponen penyerap getaran harus dirancang dan dihitung secara berbeda dari tegangan statis murni. Beban rendah dapat dihubungkan ke komponen sesering yang diperlukan tanpa menyebabkan kegagalan. Tugas perancang adalah menentukan umur layan pada beban tertentu atau beban yang akan dibebani dengan umur layan yang diperlukan.
Kargo dan kargo
Ketika beban diterapkan pada komponen dari luar, Newton menyebabkan reaksi balik dari dalam. Kemudian ada ketegangan, jam kerjanya di permukaan. Tegangan yang dihasilkan pada penampang yang terancam tidak boleh melebihi yang diijinkan nilai yang diijinkan. Tegangan yang diijinkan ini terutama tergantung pada bahan, jenis tegangan dan tegangan, dan bentuk geometris komponen dan, misalnya, suhu komponen, tegangan sisa, cacat material, lingkungan korosif atau kondisi pemrosesan.
Sedang bekerja biro desain dan dalam perhitungan bagian-bagian mesin, baik yang dibedakan maupun metode tabel, serta kombinasinya. Di meja. 4 - 6 menunjukkan tegangan izin untuk bagian cor non-standar yang metode perhitungan khusus belum dikembangkan dan tegangan izin yang sesuai dengannya. Bagian khas (misalnya, roda gigi dan roda cacing, puli) harus dihitung sesuai dengan metode yang diberikan di bagian yang relevan dari buku pegangan atau literatur khusus.
Kurva Wöhler juga disebut garis batas, dan ini adalah istilah rekayasa material. Ketahanan lelah digunakan untuk menentukan kekuatan lelah bahan atau komponen. Untuk tujuan ini, benda uji dimuat secara berkala. Untuk menentukan nilai, benda uji diuji pada beberapa interval. Pengujian dilakukan sampai ditentukan keruntuhan yang pasti atau ditentukan batas kecepatan getarnya Benda uji yang tidak mengalami keruntuhan karena batas indeks getarannya dianggap tahan lama.
Tegangan ijin yang diberikan dimaksudkan untuk perhitungan perkiraan hanya untuk beban utama. Untuk perhitungan yang lebih akurat, dengan mempertimbangkan beban tambahan (misalnya, dinamis), nilai tabel harus ditingkatkan sebesar 20 - 30%.
Tegangan yang diizinkan diberikan tanpa memperhitungkan konsentrasi tegangan dan dimensi bagian, dihitung untuk sampel baja yang dipoles halus dengan diameter 6-12 mm dan untuk coran besi cor bulat yang tidak diolah dengan diameter 30 mm. Saat menentukan tegangan tertinggi di bagian yang dihitung, perlu untuk mengalikan tegangan pengenal nom dan nom dengan faktor konsentrasi k atau k :
Tegangan di atas kekuatan lelah menyebabkan komponen gagal setelah sejumlah getaran tertentu. Jumlah osilasi berkelanjutan dari komponen di bawah beban operasi hingga kegagalan dapat diprediksi dengan akurasi statistik menggunakan garis Wohler. Ini disebut ukuran komponen yang stabil secara operasional.
Grafik kekuatan Kelelahan
Kekuatan workability sekarang berperan di hampir semua bidang teknik. Jika Anda ingin membuat gambar kehidupan yang lelah, diperlukan beberapa eksperimen, dan oleh karena itu upaya eksperimen yang sangat besar. Dalam teknik mesin, representasi kelelahan Smith umumnya digunakan.
1. Tegangan yang diizinkan*
untuk baja karbon kualitas biasa dalam kondisi canai panas
| Merek menjadi | Tegangan yang diizinkan**, MPa | |||||||||||||
| dalam ketegangan [σ p ] | dalam menekuk [σ dari ] | dengan torsi [τ kr ] | di geser [τ cf ] | di bawah runtuh [σ cm] | ||||||||||
| Saya | II | AKU AKU AKU | Saya | II | AKU AKU AKU | Saya | II | AKU AKU AKU | Saya | II | AKU AKU AKU | Saya | II | |
| St2 St3 St4 St5 St6 | 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 |
* Gorsky A.I., Ivanov-Emin E.B., Karenovsky A.I. Penentuan tegangan yang diijinkan dalam perhitungan kekuatan. NIImash, M., 1974.
** Angka Romawi menunjukkan jenis beban: I - statis; II - variabel yang beroperasi dari nol hingga maksimum, dari maksimum ke nol (berdenyut); III - bergantian (simetris).
2. Sifat mekanik dan tegangan ijin
baja struktural kualitas karbon
Estimasi dalam mekanika struktur
Soal-soal di bidang perhitungan kekuatan dalam: Matematika Teknik Logam, hal.99. . Ada perbedaan mendasar antara hasil pengukuran dan analisis tegangan. Rumus sederhana biasanya digunakan untuk menentukan ukuran. Hasilnya didasarkan pada idealisasi yang sesuai dengan karakteristik yang relevan dan mendasar. Analisis tegangan memberikan tegangan lokal dan nilai hasil sesuai dengan akurasi model dan jenis elemen yang dipilih.
Dimensi biasanya didasarkan pada rumus sederhana yang disesuaikan dengan kemungkinan kegagalan karena fraktur parah, kelelahan, atau deformasi yang berlebihan. Dalam banyak kasus, agunan tambahan sudah disediakan untuk kasus khusus ini.
3. Sifat mekanik dan tegangan ijin
baja struktural paduan
4. Sifat mekanik dan tegangan ijin
untuk coran yang terbuat dari baja karbon dan paduan;
Meningkatkan momen ke nilai di mana tegangan terbesar melampaui kekuatan tarik belum menyebabkan kegagalan, karena faktor beban penampang juga bertindak sebagai margin. Oleh karena itu, tegangan terdistribusi linier, yang disebut tegangan lentur, dapat digunakan dengan keamanan yang berbeda dari tegangan diafragma. Pada penyangga vertikal lateral, peregangan membran mengarah ke arah longitudinal penyangga, mis. didistribusikan secara merata di atas penampang penyangga.
Tegangan ini membuat beban eksternal seimbang, jadi ini adalah tegangan primer. Ketika tegangan ini mencapai kekuatan tariknya, rangka runtuh. Untuk memastikan keamanan, batas tarik dan faktor keamanan 1,5 harus diperhatikan.
5. Sifat mekanik dan tegangan yang diijinkan
untuk coran besi abu-abu
6. Sifat mekanik dan tegangan ijin
untuk coran besi ulet
7. Tegangan yang diizinkan untuk bagian plastik
Evaluasi kategori tegangan ini harus terjadi dalam urutan ini, karena hanya jika nilai batas pertama diamati, berguna juga untuk mempelajari nilai batas berikut. Contoh Kehidupan sehari-hari: tabung gas berada di bawah tekanan internal gas cair. Wadah ini pada dasarnya terdiri dari bagian tengah silinder dan bagian bawah di kedua ujungnya. Ketika tabung gas dipanaskan oleh matahari atau tekanan internal ditingkatkan secara intensif dengan cara lain, area fleksi pertama-tama akan berubah bentuk secara jelas.
Untuk baja ulet (tidak mengeras) pada tegangan statis (beban tipe I), faktor konsentrasi tidak diperhitungkan. Untuk baja homogen (σ dalam > 1300 MPa, serta dalam kasus operasinya pada suhu rendah) faktor konsentrasi, dengan adanya konsentrasi tegangan, juga termasuk dalam perhitungan di bawah beban Saya bentuk (k > 1). Untuk baja ulet di bawah aksi beban variabel dan dengan adanya konsentrasi tegangan, tegangan ini harus diperhitungkan.
Perpanjangan tinggi akan terjadi pada transisi tutup. Namun, pada titik tertentu dinding akan pecah dalam arah memanjang. Jika alih-alih penanganan yang keras ini, botol gas jatuh ke tanah, kemungkinan hanya satu sudut saja yang bisa masuk tanpa botol gas bocor. Ini kemudian menjadi regangan tinggi lokal dengan elongasi tinggi.
Tetapi tegangan membran tidak sepenting yang telah ditunjukkan sejauh ini. Jika balok di mana di atas ditempatkan dalam arah memanjang antara dinding tetap dan tidak bergerak dan dipanaskan, tegangan longitudinal diperoleh sesuai dengan rumus.
Untuk besi cor dalam kebanyakan kasus, faktor konsentrasi tegangan kira-kira sama dengan satu untuk semua jenis beban (I - III). Saat menghitung kekuatan untuk memperhitungkan dimensi bagian, tegangan izin tabular yang diberikan untuk bagian cor harus dikalikan dengan faktor skala yang sama dengan 1,4 ... 5.
Tegangan ini seragam di seluruh penampang dan karenanya tegangan membran. Apakah bilah patah dalam kondisi ini? Bahkan jika suhu naik 300 ° atau lebih, ia tetap berada di antara dinding tetap, hanya pada suhu yang sangat tinggi ia akan meleleh dan dengan demikian "jatuh".
Kasus ini menunjukkan bahwa juga dari penyebabnya, yang harus dibedakan antara. Tegangan, beban eksternal dan tegangan yang disebabkan oleh kendala atau deformasi termal. Tegangan yang timbul secara lokal melalui sudut atau ceruk. . Dalam beberapa kasus, sangat sulit untuk menghitung batas kegagalan aktual atau menurunkan batas dari suatu perhitungan. Bahkan jika perhitungan dilakukan secara akurat dan rinci, hasilnya tergantung pada asumsi. Haruskah tekanan ledakan dihitung? Kemudian Anda perlu mengatur nilai material aktual, lasan aktual, dan detail lainnya.
Perkiraan dependensi empiris batas kelelahan untuk kasus pembebanan dengan siklus simetris:
untuk baja karbon:
- saat membungkuk -1 \u003d (0,40 0,46) in;
-1р = (0,65÷0,75)σ -1;
- saat memutar, -1 = (0,55÷0,65)σ -1;
untuk baja paduan:
- saat membungkuk -1 \u003d (0,45 0,55) in;
- dalam ketegangan atau kompresi, -1р = (0.70÷0.90)σ -1;
- saat memutar, -1 = (0,50÷0,65)σ -1;
Haruskah buckling dihitung? Kemudian kelemahan yang ada dari dimensi, data material, struktur dan hal-hal lain yang perlu ditentukan. Fitur volume 3D dengan fitur permukaan datar atau dengan fitur balok linier. Tergantung pada tujuan analisis, masing-masing jenis elemen ini dapat dibenarkan.
Elemen volume 3D dan elemen permukaan datar akan memberikan komponen tegangan dengan puncak lokal saat dijepit. Jika tegangan lentur dicari di penampang, distribusi tegangan harus diselidiki sepanjang garis melintasi sumbu balok. Kurva tegangan harus diproses secara aritmatika dan fungsi linier didefinisikan yang memberikan momen lentur yang sesuai.
untuk pengecoran baja:
- saat membungkuk -1 \u003d (0,35 0,45) in;
- dalam ketegangan atau kompresi, -1р = (0,65÷0,75)σ -1;
- saat memutar, -1 = (0,55÷0,65)σ -1.
Sifat mekanik dan tegangan ijin besi cor anti-gesekan:
- kekuatan pamungkas dalam menekuk 250 300 MPa,
- tegangan lentur yang diijinkan: 95 MPa untuk I; 70 MPa - II: 45 MPa - III, di mana I. II, III - sebutan jenis beban, lihat tabel. satu.
Saat menggunakan elemen balok linier, hasilnya adalah tegangan normal dan lentur. Oleh karena itu, linearisasi tidak diperlukan. Namun, puncak tegangan lokal tidak terjadi selama penjepitan. Dalam hal komponen berdinding tipis, dan dalam hal komponen di mana puncak tegangan lokal tidak diperlukan di luar membran dan tegangan tekuk, elemen kulit adalah pilihan bagus. Seperti halnya balok, diperoleh tegangan normal dan tegangan lentur pada elemen. Skor ini sering kali merupakan angka yang menentukan penilaian dan kekuatan penilaian menurut aturan.
Perkiraan tegangan ijin untuk logam non-ferrous dalam tarik dan tekan. MPa:
- 30...110 - untuk tembaga;
- 60...130 - kuningan;
- 50...110 - perunggu;
- 25...70 - aluminium;
- 70...140 - duralumin.
Faktor keamanan setiap elemen struktur sama dengan rasio beban ultimit, yang menyebabkan hilangnya kekuatan elemen, terhadap beban, yang menciptakan tegangan izin. Dalam hal ini, hilangnya kekuatan dipahami tidak hanya sebagai penghancuran elemen, tetapi juga munculnya deformasi sisa di dalamnya. Oleh karena itu, untuk elemen struktur yang terbuat dari bahan plastik, tegangan ultimit adalah kekuatan luluh. Dalam kebanyakan kasus, tegangan kerja pada elemen struktur sebanding dengan beban, dan oleh karena itu faktor keamanan didefinisikan sebagai rasio kekuatan ultimit terhadap tegangan izin (faktor keamanan untuk kekuatan ultimit). Jadi, jika kuat tarik baja struktur adalah 540 MPa, dan tegangan ijin 180 MPa, maka faktor keamanannya adalah 3.
Tegangan ijin yang diijinkan dari beberapa bahan dapat sangat bervariasi tergantung pada jenis penggunaan dan kondisi lainnya. Semakin kecil pilihannya, semakin tinggi pengaruh yang ditinggalkan dari analisis desain statis atau tidak mungkin dihitung sama sekali. Kemungkinan inferioritas yang tidak disengaja dalam material, pelaksanaan dan pemeliharaan, degenerasi karena karat dan pelapukan, dll. dengan demikian, untuk pengangkut perantara jembatan kereta api, yang segera disapu, mungkin ada lebih sedikit beban di tempat daripada untuk pengangkut utama, dalam kondisi produksi dan pemasangan yang merugikan, kurang menguntungkan, untuk struktur dengan durasi tidak terbatas, kurang dari untuk sementara instalasi.
Tegangan yang diizinkan (diizinkan) adalah nilai tegangan, yang dianggap sebagai maksimum yang dapat diterima ketika menghitung dimensi penampang elemen, dihitung untuk beban tertentu. Kita dapat berbicara tentang tegangan tarik, tekan dan geser yang diijinkan. Tegangan yang diizinkan atau ditawarkan oleh otoritas yang berwenang (misalnya, departemen jembatan kontrol kereta api), atau dipilih oleh seorang desainer yang mengetahui sifat-sifat material dan kondisi penggunaannya. Tegangan ijin membatasi tegangan operasi maksimum struktur.
Hindari tindakan templat. Dengan demikian, semua data biasa hanya dapat berarti nilai rata-rata dalam kondisi biasa. Tugas utama dari analisis struktur statis struktur adalah untuk menilai keadaan tegangan struktur yang mengalami gaya konstan dari waktu ke waktu. Evaluasi keadaan tegangan ini biasanya dilakukan untuk menguji karakteristik desain yang diadopsi oleh kriteria ketahanan. Kriteria resistensi biasanya dirumuskan sebagai berikut.
Hasil utama dari solusi statis adalah. Data ini biasanya cukup untuk memprediksi perilaku struktur dan membuat keputusan untuk mengoptimalkan bentuk geometris bagian untuk memberikan kriteria utama untuk ketahanan potongan. Rincian langkah-langkah analisis statis.
Dalam kekuatan bahan, banyak perhatian diberikan pada penurunan hubungan antara beban, dimensi, dan bentuk elemen yang diberikan. struktur penahan beban beban ini atau menopangnya, dan tegangan yang timbul pada bagian tertentu dari elemen struktur. Sebagai aturan, tujuan perhitungan adalah untuk menemukan dimensi elemen yang diperlukan, di mana tegangan operasi maksimum di dalamnya tidak akan melebihi yang diizinkan.
Kontrol pertanyaan dan tugas
Analisis statis model dilakukan dalam beberapa tahap. Ini daftar elemen yang diperlukan untuk melakukan analisis. Untuk menjalankan pemindaian statis, ikuti langkah-langkah berikut: Buat model 3D yang solid dari suatu bagian. Analisis statis dapat dilakukan pada satu atau lebih operasi tubuh.
Anda dapat menggunakan salah satu metode berikut untuk membuat studi. Hal ini juga diperlukan untuk menentukan jenis studi di jendela properti sistem. Jika ada beberapa tubuh di tempat kejadian, Anda harus memilih satu atau lebih tubuh dalam kontak, yang akan membuat studi baru.
Saat merancang struktur, tujuannya adalah untuk membuat struktur yang, meskipun dapat diandalkan, pada saat yang sama akan sangat ringan dan ekonomis. Keandalan dipastikan oleh fakta bahwa setiap elemen dilengkapi dengan dimensi sedemikian rupa di mana tegangan operasi maksimum di dalamnya akan sampai batas tertentu lebih kecil dari tegangan yang menyebabkan hilangnya kekuatan elemen ini. Kehilangan kekuatan tidak selalu berarti kegagalan. mesin atau Struktur bangunan dianggap gagal jika tidak dapat menjalankan fungsinya secara memuaskan. Bagian yang terbuat dari bahan plastik, sebagai suatu peraturan, kehilangan kekuatan ketika tegangan di dalamnya mencapai kekuatan luluh, karena dalam hal ini, karena terlalu banyak deformasi bagian, mesin atau struktur tidak lagi sesuai untuk tujuan yang dimaksudkan. Jika bagian itu terbuat dari bahan yang rapuh, maka itu hampir tidak berubah bentuk, dan kehilangan kekuatannya bertepatan dengan kehancurannya.
Contoh pemecahan masalah
Satu dari elemen yang diperlukan setiap keputusan adalah subjek. Detil Deskripsi metode material yang Anda tentukan untuk perhitungan diberikan di bagian yang sesuai dari deskripsi praprosesor. Untuk melakukan pemodelan elemen hingga, perlu untuk membangun mesh elemen hingga. Secara default, perintah build mesh berjalan secara otomatis saat Anda membuat studi. Saat membuat mesh, pengguna menentukan berbagai parameter diskritisasi untuk model solid. Jaring elemen hingga dapat secara signifikan mempengaruhi kualitas solusi yang diperoleh dalam kasus konfigurasi spasial yang kompleks dari potongan.
1.4.10. Untuk elemen kapal dan peralatan yang tidak dihitung menurut beban ultimit (misalnya, sambungan sayap), tegangan izin harus ditentukan menurut peraturan dan dokumentasi teknis terkait yang disetujui dengan cara yang ditentukan.
Batas mulur digunakan untuk menentukan tegangan ijin dalam kasus dimana tidak ada data tentang batas kekuatan jangka panjang atau, sesuai dengan kondisi operasi, perlu untuk membatasi jumlah deformasi (perpindahan).
4.3 Dasar dari metode untuk menghitung kekuatan sebagian besar elemen kapal adalah metode untuk menghitung beban ultimit. Untuk memudahkan perhitungan, koefisien faktor keamanan terhadap beban ultimit disiksa saat menentukan tegangan yang diijinkan. Untuk elemen individual (misalnya sambungan flensa) atau kondisi beban, seperti beban variabel, perhitungan didasarkan pada tegangan izin.
Karena bagian dan struktur secara keseluruhan harus bekerja dengan aman bahkan di bawah kondisi buruk ini, tindakan pencegahan tertentu harus diambil. Untuk tujuan ini, tegangan yang menjamin operasi (operasi) mesin atau struktur lain tanpa masalah harus berada di bawah tegangan pembatas di mana kerusakan atau deformasi plastis dapat terjadi.
Dalam konstruksi kereta api, karbon dan baja paduan rendah banyak digunakan. Untuk pembuatan elemen bantalan beban utama mobil (bingkai bogie, balok vertebral dan pivot, bangkai dan kulit tubuh), baja paduan rendah kelas 09G2D, yang telah meningkatkan kekuatan dan ketahanan korosi, paling banyak digunakan. Selama pembangunan gerbong barang baru dalam rencana lima tahun kesepuluh, baja paduan rendah 10KhNDP dan 10G25D juga akan digunakan.
Tegangan yang diizinkan dan faktor keamanan untuk sambungan berulir diberikan dalam tabel 1.2 dan 1.3. Mereka memperhitungkan keakuratan rumus perhitungan, sifat beban, kualitas pemasangan koneksi (pengencangan terkontrol atau tidak terkontrol), dll.
Saat memilih bahan, kondisi operasi (suhu, korosi, dll.), Nilai dan sifat beban (statis atau variabel), metode pembuatan dan volume produksi diperhitungkan. Misalnya, pengencang tujuan umum standar dibuat dari baja karbon rendah dan menengah seperti baja 10 ... baja 35. Baja murah ini memungkinkan produksi baut, sekrup, dan mur dalam jumlah besar melalui cold heading atau stamping diikuti dengan ulir bergulir. Baja paduan 35Kh, 30KhGSA digunakan untuk suku cadang dengan beban tinggi di bawah beban variabel dan kejut, pada suhu tinggi, di lingkungan yang agresif, dll.
Dalam kasus di mana peningkatan massa struktur yang terkait dengan peningkatan diameter baut tidak dapat dibenarkan (misalnya, industri pesawat terbang), pengencangan terkontrol digunakan. Kemungkinan peningkatan yang signifikan pada beban statis baja 20 baut dengan pengencangan terkontrol ditunjukkan pada tabel 1.4.
