Феодосьев В.И. Сопротивление материалов (1075903), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Эти вопросы будут рассмотрены подробно в гл. 12. После статических рассмотрим класс быстро изменяющихся, или динамических, нагрузок. В оценке этих нагрузок существуют два подхода. С одной стороны, нагрузка считается быстро изменяющейся, если она вызывает заметные скорости деформации частиц тела, причем настолько большие, что суммарная кинетическая энергия движущихся масс составляет уже значительную долю от общей работы внешних сил. С другой стороны, скорость изменения нагрузки может быть связана со скоростью протекания пластических деформаций.

Нагрузку может рассматривать как быстро изменяющуюся, если за время нагружения тела пластические деформации не успевают полностью реализоваться. Это заметно сказывается на характере наблюдаемых зависимостей между деформациями и напряжениями. Первый критерий в оценке быстро изменяющихся нагрузок используют в основном при анализе вопросов колебаний упругих тел, второй — при изучении механических свойств материалов в связи с процессами быстрого деформирования. Поскольку при быстром нагружении пластические деформации не успевают полностью реализоваться, материал с увеличением скорости деформации становится более хрупким и б уменьшается.

Так как скольжение частиц образца по наклонным площадкам затруднено, должна несколько увеличиться разрушающая нагрузка. Сказанное можно проиллюстрировать, сопоставив диаграммы растяжения при медленно и быстро изменяющихся нагрузках (рис. 1.52). Поскольку при быстром нагружении развитие пластических деформаций затруднено, главенствующим механизмом разрушения оказывается развитие трещин. В этом случае материал очень чувствителен к местному повышению напряжения. Это позволяет создать специальный метод испытания 4 В.

И. Феоаосъев материала на чувствительность к хрупкому разрушению — так называемое испытание на ударную вяэкость. Под вязкостью понимается свойство структуры твердого тела задерживать, затруднять, противостоять развитию трещин. Испытание на ударную вязкость заключается в следующем. На образце квадратного сечения 10 Х 10 делают надрез глубиной 2 мм. Образец укладывают на опоры (рис. 1.53) и по нему со стороны, обратной надрезу, с помощью маятникового копра наносят удар. Разность высот маятника до и после удара позволяет определить энергию, затраченную на разрушение образца. Эта энергия тем больше, чем больше вязкость материала.

Сравнительной мерой вязкости служит энергия, отнесенная к площади ослабленного сечения. Важно отметить, что ударная вязкость с уменьшением температуры падает, что кажется естественным. Но коварство заключается в неравномерности этого падения. Для многих материалов существуют критические низкие температуры, при переходе через которые ударная вязкость скачком уменьшается в несколько раз. Некоторые стали, например, проявляют свойство хладоломкости, на которое приходится обращать особое внимание, в частности, при выборе материалов для сооружений и транспортных средств, работающих в арктических условиях.

Последним из трех рассматриваемых видов нагрузок являются весьма быстро изменяющиеся во времени нагрузки. Скорость их изменения настолько велика, что работа внешних сил почти полностью переходит в кинетическую энергию движущихся частиц тела, а энергия упругих и пластических деформаций оказывается сравнительно малой. Весьма быстро изменяющиеся нагрузки возникают при ударе тел, движущихся со скоростями в несколько сотен метров в секунду и выше.

С этими нагрузками приходится иметь дело при изучении вопросов бронепробиваемости, при оценке разрушающего действия взрывной волны, при исследовании пробивной способности межпланетной пыли, встречающейся на пути космического корабля. Так хак энергия деформации материала в условиях весьма больших скоростей нагружения оказывается сравнительно малой, то свойства материала как твердого тела имеют в данном случае второстепенное значение.

На первый план выступают законы движения легко деформируемой (почти жидкой) среды, и особую роль приобретают вопросы физического состояния и физических свойств материала в новых условиях. Таким обра зом, задачи, связанные с весьма большими скоростями нагружения, выходят за рамки сопротивления материалов и оказываются в сфере вопросов физики.

1.12. Коэффициент запаса В результате испытаний на растяжение и сжатие мы получаем основные данные о механических свойствах материала. Теперь рассмотрим вопрос о том, как использовать полученные результаты испытаний в практических расчетах инженерных конструкций на прочность, Как уже указывалось в В7, основным и наиболее распространенным является метод расчета по напряжениям. Согласно этому методу, расчет на прочность ведут по наибольшему напряжению оп1,„, возникающему в некоторой точке нагруженной конструкции.

Напряжение ю~~„называется максимальным рабочим напряжением. Оно не должно превышать определенного значения, свойственного данному материалу и условиям работы конструкции, Расчет по напряжениям ведут по формуле ~тах = ~ь/'п~ 4' 99 где ос — некоторое предельное для данного материала напряжение; п — число, большее единицы, называемое коэффициентпом эапаса или просто запасом. Обычно бывает так, что размеры конструкции уже известны и назначены, например, из эксплуатационных соображений или соображений технологичности.

Расчет на прочность является поверочным. В этом случае подсчитывают оп,~„и определяют фактический коэффициент запаса и = Оь/Оспах Если этот запас удовлетворяет конструктора, считается, что поверочный расчет дал положительный результат. Когда конструкция находится в стадии проектирования и некоторые характерные размеры должны быть назначены непосредственно из требований прочности, значение п задают заранее. Искомый размер получают из условия о~п~„< ~о], где (о~ = о~/и — допускаемое напряжение. Остается решить вопрос, какое напряжение принимать за предельное и как назначать и. 11ля того чтобы избежать в работающей конструкции образования заметных остаточных деформаций, за величину о~ для пластичных материалов принимается обычно предел текучести.

Тогда наибольшее рабочее напряжение составляет и-ю долю от о (рис. 1.54). Коэффициент в этом случае Рис. 1.54 обозначается через пг и называется коэффициентом запаса по текучести. Лля хрупких, а в некоторых случаях и для умеренно пластичных материалов за а~ принимают предел прочности ~т~ р. Тогда получаем пв = ов.р/~~тах~ где п~ — коэффициентп запаса по пределу прочности. Как говорилось в В7, расчет по напряжениям не является единственно возможным.

Если расчет ведут по предельной нагрузке, то аналогично может быть введено понятие запаса по предельной нагрузке где Р~ и Р 6 — соответственно предельная и рабочая нагрузки. В случае расчета на жесткость и = б~/б где бс и бр~е — предельное и рабочее перемещения. Значение п выбирают на основе ряда различных соображений, выходящих в большинстве случаев за пределы вопросов, рассматриваемых в курсе сопротивления материалов.

Прежде всего, коэффициент запаса не может быть назначен без учета конкретных условий работы рассчитываемой конструкции. Коэффициент и, по существу, определяют исходя из практического опыта создания аналогичных конструкций за прошедшее время и уровня развития техники в данный период. В каждой области техники уже сложились свои традиции, свои требования, свои методы и, наконец, своя специфика расчетов, в соответствии с которыми назначают коэффициент запаса. Так, при проектировании стационарных строительных сооружений, рассчитанных на долгие сроки службы, принимают довольно большие значения коэффициента запаса (и, = 2...5), В авиационной технике, где на конструкцию накладывают серьезные ограничения по массе, коэффициенты запаса (или так называемые коэффкциенты безопасности) устанавливают по пределу прочности в интервале 1,5... 2.

В связи с ответственностью конструкции в этой области техники сложилась практика проведения обязательных статических испытаний отдельных узлов и целых летательных аппаратов для прямого определения предельных нагрузок. Выбор коэффициента запаса зависит от методов расчета напряжений, степени точности этих методов и серьезности тех последствий, которые повлечет за собой разрушение детали. Значение коэффициента запаса зависит и от свокств материала. В случае пластичного материала запас по пределу текучести может быть меньшим, чем в случае расчета детали из хрупкого материала. Это достаточно очевкдно, поскольку хрупкий материал более чувствителен к различным случайным повреждениям и неожиданным дефектам производства. Кроме того, случайное повышение напряжений в пластичном материале может вызвать только небольшие остаточные деформации, в хрупком же материале последует прямое разрушение.

Характеристики

Список файлов книги