Феодосьев В.И. - Десять лекций-бесед по сопротивлению материалов, страница 9

Подобно тому как приемы агротехники (время и глубина вспаппси, сроки посева и уборки) определя|отся накопленным местным опытом и климатическими условиями, меняющимися, кстати, от года к году, так и выбор коэффициента запаса зависит от условий производства, от работы смежников, от комплекса задач, возложенных на конструкцию, и, конечно, от «местного» опыта. С 1ечепием времени этот опыт обобщается- и вырабатываюг< я какие-то традиционно принятые значения коэффицпентсв. Но дать какие-то строгие объективные правила для назпаченпл коэффициентов запаса пока ве представляется возможным.

Шпроко известна, например, попытка «математизировать» выбор коэффициента запаса при помощи так называемого комплексного метода, прп котором коэффициент запаса представляется в виде произведения ряда других коэффициентов; Ь1' Ьг *~и. Каждый пз коэффициентов 1; определяется независимо от других. Один из иих «учитывает» динамичность нагрузки, другой — температуру, третий — ответственность конструкции и т. д.

К такому подходу, безусловно, следует отнестись отрицательно. Прежде всего, он неправилен по существу. Такие факторы, как <<динамика»,свойства мате« риалов, температура и прочие не могут рассматриваться изолированно один от другого. Они образуют сложный узел взаимообусловленных параметров, которые не поддаются простому разделению. Комплексный подход не упрощает, а усложняет задачу.

Вместо одного коэффициента приходится выбирать три — пять. Наконец, как показывает опыт, на практике обычно получается, что коэффициент ц, найденный при помощи комплексного метода, расходится с приемлемым в несколько раз, после чего приходится принимать то значение, которое представляется более разумным. Это очень напоминает встречающиеся нормы расценок за производимые работы.

Подсчитаеп|ь по нормам — получилось много: «Столько рабочий получать не может...». Подсчитаешь второй раз — получилось мало: «Рабочий за столько работать пе будет...». Приходится назначить «сколько надо», а затем оправдать проставленную цифру при помощи расценок. Поскольку применение комплексного метода пш.ем не предписывается, то и не удивительно, что он и пе получил практического применения, Выходит, что коэффициент запаса, имея сам числовое значение, через другие числа не выражается. Всегда ли так? По-видимому, всегда. В авиационной технике к выбору коэффициента запаса установился подход, отличный от принятого в общем машиностроении.

Это отличие обусловлено требованиями безопасности полета, и соответствующий коэффициент носит название коэффициента безопасности ~. Основная идея сводится к тому, чтобы дать летчику некоторый неприкосновенный резерв прочности на случай непредвидонных обстоятельств. Не пугая читателя описанием возможных ситуаций, укажем только, что обстановка может заставить экипаж самолета предпринять такие действия, которые связаны с возникновением перегрузок сверх номинала. Это в первую очередь — маневры, направленные на быстрое снижение, на выход из шквальной обстановки, на сбой пламени при пожаре и пр. В расчетах предполагается, что магпина, как летательный аппарат, полностью выходит из строя при нагрузках, увеличенных в ~ раз по отношению к нормальным полетным.

Такие мелкие повреждения, как отрыв обгпивки или местная остаточная деформация отдельного узла, в счет не идут. При номинальных нагрузках, соответствующих различным расчетным случаям, сохранность конструкции должна быть обеспе- чена полностью. Всякие дополнительные запасы в авиационной практике если и допускаются, то считаются признаком неквалифицированного конструирования.

Что же касается коэффициента безопасности ~, то он неприкосновенен. Трудности определения разрушающей нагрузки, с одной стороны, и ответственность конструкции — с другой, предопределяют необходимость проведения натурных испытаний контрольного образца машины до полного разрушения.

Величина коэффициента безопасности в международной практике регламентируется нормами прочности (нормы Ллойда или 2САО). Инициатива их введения принадлежит страховым фирмам, и нормы регулярно пересматриваются компетентными органами. Частично нормативная регламентация прочности свойственна также авиационному двигателестроению и таким .отраслям техники, как котлостроение или строительство лифтов и подъемников. Введение норм прочности диктуется требованиями безопасности, но отнюдь не стремлением облегчить труд инженера, занимающегося расчетом конструкции. С пормами прочности работать не легче, а труднее. Нормы прочности в ряде случаев ограничивают творческую инициативу и создают благоприятную почву для формального отношения к делу. А порой — становятся тем инструментом, который позволяет людям, не сведущим в технике, активно вмешиваться в ее дела. Мы уже говорили о том, что прочность конструкции является сложным понятием, которое не характеризуется полностью коэффициентом запаса.

Хочется в этом же плане рассмотреть свойства материала. В результате испытания образцов на растяжение или сжатие мы получаем объективные механические характеристики материала — предел текучести, предел прочности и удлинение при разрыве. Спрашивается, достаточно ли их, чтобы полностью характеризовать поведение материала в реальных условиях работы конструкции. Опыт практической работы подсказывает, что в основном все-таки достаточно. Но встречаются исключения, заставляющие относиться к этому вопросу с большим вниманием. Обычно считается, что высокий предел прочности, это — хорошо.

Опытный конструктор согласится с этим, но поинтересуется, каково удлинение при разрыве, а затем — постарается уточнить некоторые дополнительные свойства материала. Как сваривается, нет лй склонности к образованию трещин и пр Ведь может случиться так, что, применяя материал с более высоким пределом прочности, мы получим менее прочную конструкцию. Болты и шпильки, изготовленные, например, из некоторых типов молибденовых сталей с пределом прочности порядка 180 — 190 кгlмм' и имеющие достаточное удлинение при разрыве, пе обеспечивают прочного соединения блоков двигателя и через некоторое время разрушаются, причем зто может произойти на не работавшем двигателе через несколько часов после загяжки. Такое явление принято объяснять высокой чувствигельностыо материала к местным напряжениям.

Высокопрочные хромо-марганцевые стали доставляют много хлопот при сварке баллонов высокого давления из-за склонности к трещпнообразованию. Таким образом, возникает мысль, что прпгодпость материала для данной конструкции должна оценпва;ьсп с учетом еще каких-то несформулпрованных характеристик сверх тех, которые получены в резульл ата испытания образца. Этим характеристикам трудно дать числовую оценку и трудно поставить объективные испытания для их определения.

Словом, материал, кроме высоких показателен, должен обладать хорошими свопствамп. Существует какая-то трудноуловимая степень конструктивного «благородства» материала. Кстати, точно так нсе можно говорить и о «благородстве» самой конструкции. Нельзя считать конструкцию «благородной», если малым отклонениям геометрической формы от номинала соответствует большое снпжение несущей способности. Эти нюансы в поведении материала и конструкции не остаются незамеченными. Они хорошо известны и образуют комплекс задач, вписывающпхся в понятие конструктивной прочности. Можно смело утверждать,что научные основы консгрук»ивной прочности до сих пор не созданы. В вопросах подбора материала приходится пользоваться в первую очередь неписанными правилами, дикгуемыми накопленным опытом.

Таким образом, вопросы конструктивной про гности и выбора коэффициента запаса частично смыкаются, Вопрос о прочности конструкции в целом очень сложный, а главное, комплексный, В нем фокусируется итог работы бО проектировщиков, технологов, испытателей и теоретиков. Окончательно надежность конструкции определяется в результате длительных испытаний на этапе доводки. И настоящей главе речь шла только об одной стороне вопроса, т. е. о построении расчета на прочность.

В одних случаях прочностная сторона является решающей, в других— имеет подчиненный характер. Поэтому, когда предполагается провести анализ некоторой конструкции, исследователь должен прежде всего определить место своей задачи среди смежных задач с тем, чтобы глубина проработки и объем затраченного труда соответствовали значимости вопроса, состоящая из двух шарнирно связанных стержней, расположенных на одной прямой (рис. 28, а). Уравнения равнопесил для отсечепного узла должны в данном случае составляться с учетом угла, возникающего в результате удлинения стержней. Даже малые изменения формы си- Д стемы в данном случае влпяют на условия равновесия существенным образом.

4 Длл систем подобного ро- на характерной является неРис. 27. линейная зависимость между перемещениями и внешними силами. Это и понятно. Если геометрия тела меняется существенным образом, то каждому новому значению силы соответствует новая геометрия тела. Это означает, что в процессе изменения силы меняется жесткость системы, и зависимость между перемещениями и силой становится нелинейной.

Обратное утверждение неверно. Если зависимость между перемещениями и силами нелинейна, то зто еще не значит, что нельзя рукор. водствоватъся правилом ~ относительной жесткости, В самом деле, нелинейность может иметь двоякое происхождение." либо она л -~- возникает вследствие су- 2 щес~ венных изменений Р Й формы тела в процессе наг- ружения, либо же она Рас. 28, связана с тем, что материал не следует закону Гука, В первом случае из нелинейности между перемещенилми и силами вытекаетнепримеиимостьправила о~носительной жесткости.