В. И. Феодосьев - СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ (995486), страница 15

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

Текст из файла (страница 15)

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) н по нему со стороны, обратной надрезу, с помощью маятникового копра наносят удар.

Разность высот мзлтника до и после удара позволяет определить энергию, затраченную на разрушение образца. Эта энергия тем больше, чем больше вязкость материала. Сравнительной мерой вязкости служит энергия, отнесеннзл к площади ослабленного сечения. Важно отметить, что ударная вязкость с уменьшением температуры падает, что кажется естественным. Но коварство заключается в неравномерности этого падения. Лля многих материалов существуют критические низкие температуры, при переходе через которые ударнал вязкость скачком уменьшается в несколько рвз.

Нехоторые 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 настольно велика, что работа внешних сил почти полностью переходит в кинетическую энергию движу- шихся 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 бронепробиваемостк, при оценке разрушающего действия взрывной волны, при исследовании пробивном способности межпланетной пыли, встречающенся на пути космического корабля.

Так как 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 обре; зом, задачи, связанные с весьма большими скоростями нагруження, выходят за рамки сопротивления материалов и оказываются в сфере вопросов физики. 1.12.

Коэффициент запаса В результате испытаний на растяжение к 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, Ках уже указывалось в В7, основным и наиболее распространенным является метод расчета по напряжениям. Согласно этому методу, расчет на прочность ведут по наибольшему напряжению о,„зх, возникающему в некоторой точке нагруженной конструкции. Напряжение ае,з„называется максимальным рабочим напряжением, Оно не должно превышать определенного значения, свойственного данному материалу и условиям работы конструкции.

Расчет по напряжениям ведут по формуле птах = пь/и где пс — некоторое предельное для данного материала напряжение; а — число, большее единкпы, называемое коэффицискгаом запаса или просто запасом. Обычно бывает так, что размеры конструкции уже известны и назначены, например, из эксплуатационных соображении или соображений технологичности. Расчет на прочность является поверочным. В этом случае подсчитывают саржах и определяют фактический коэффициент запаса оь Репах.

Если этот запас удовлетворяет конструктора, считается, что поверочный расчет дал положительный результат. Когда конструкция нахопится в стадии проектирования и некоторые характерные размеры должны быть назначены непосредственно из требований прочности, значение и задают заранее. Искомый размер получают из условия птах 5 ~о)> где ~а] = ос/а — допускаемое напряэкение. Остается решить вопрос, какое напряжение принимать за предельное и как назначать и.

Лля того чтобы избежать в работаюшей конструкции образования заметных остаточных деформаций, за величину ос для пластичных материалов принимается обычно предел текучести. Тогда наибольшее рабочее напряжение составляет и-ю долю от от,р (рис. 1.54). Коэффициент в этом случае А ума Рис. 1.64 100 обозначается через пт и называется коэффиииентпам запаса па шекучесгпи. Лля хрупких, а в некоторых случаях и для умеренно пластичных материалов за аь принимают предел прочности ав р. Тогда получаем пв = ав.р/атвв1 где пв — коэф4иииенгп запаса по пределу прачностпи. 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 Рс и Р е — соответственно предельнел и рабочал нагрузки.

В случае расчета на жесткость и = бь/брвв где бс н брве — предельное н рабочее перемещения. Значение и 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 нз 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 (пв = 2 ...5). В авиационной технике, где на конструкцию накладывают серьезные ограничения по массе, коэффициенты запаса (нли так называемые коэффициенты безопасности) устанавливают по пределу прочности в интервале 1,5...2. В связи 101 с ответственностью конструкции в этой области техкики сложилась практика провежния обязательных статических испытаний отдельных узлов и целых летательных аппаратов для прямого определения предельных нагрузок.

Выбор коэффициента запаса зависит от методов расчета напряжений, степени точности зткх методов и серьезности тех последствий, которые повлечет за собой разрушение детали. Значение коэффициента запаса зависит и от свойств матернаяа, В случае пластичного материала запас по пределу текучести может быть меньшим, чем в случае расчета детали из хрупкого материала.

Это достаточно очевидно, поскольку хрупкий материал более чувствителен к различным случайным повреждениям н неожиданным дефектам производства. Кроме того, случайное повышение напряжений в пластичном материале может вызнать только небольшие остаточные деформации, в хрупком же материале последует прямое разрушение. Изучение вопросов о конкретном выборе коэффициента запаса входит как составная часть в такие дисциплины, как прочность самолета, прочность конструкций и пр.

Правильность выбора коэффициента запаса определяется в значительной мере опытом и искусством расчетчика и конструктора. Глава 2 КРУЧЕНИЕ 2.1. Чистый сдвиг и его особенности На примере растяжения и сжатия были выявлены некоторые наиболее важные свойства напряженного состоянии.

При растяжении в зависимости от ориентапии секущих площадок на гранях выделенного прямоугольного элемента (см. рис. 1.19) возникают как нормальные, так и касательные напряжения. Последние, независимо от значений нормальных напряжений, подчиняются условию парности (см.

З 1.5). Теперь положим, что имеется такое напряженное состояние, когда на гранях выделенного элемента возникают только касательные напряжения т (рис. 2.1). Такое напряженное состояние называется чпспгььи сденгоег~. Наиболее просто однородный чистый сдвиг может быть осуществлен непосрепственным нагружением пластины, за,- хваченной в жесткие контурные шарнирно соединенные на- 1 Более строгое определение чистого сдвига будет дано в 1 Т,л на основе обшей теории напряженного состояние. 103 кладки (рис. 2.2).

Пля всех точек пластины касательные на- пряжения т будут, очевидно, следующими: т = Р/~Еб), 9Л 2яЯ2б' (2.1) где Л вЂ” радиус трубки; 6 — ее толщина. Посмотрим теперь, как при чистом сдвиге изменяются напряжения в зависимости от ориентации секущих площадок. Пля этого нз пластины, находящейся в состоянии чисто- где е — толщина пластины. Исключение составляет узкая краевая зона, где пластина сопрягается с накладками. Здесь напряженное состояние будет отличным от чистого сдвига. Однако в соответствии с принципом Сен-Венана зтн отклонения носят чисто местный характер, и область нх распространения мала по сравнению с общими размерами напряженной пластины. В качестве второго примера, иллюстрирующего состояние однородного чистого сдвига, можно рассмотреть тонкостенную цилиндрическую трубку, нагруженную моментами, приложенными в торцевых плоскостях (рнс.

2.3). Здесь и далее внешний момент в отличие от внутреннего обозначен через 9Л. Напряжение т определяют из условий равенства момента равномерно распределенных по поперечному сечению внутренних снл моменту 9Л: зов Рис. 2,4 Рис. 2.3 го сдвига, выделим элементарную трехгранную призму АВС (рис. 2.4). На гранях АВ и ВС по условию возникают только касательные напряжения т. На грани АС в зависимости от угла а возможно возникновение как нормального, так и касательного напряжений. Обозначим их соответственно через оо, и то.

Проектируем все силы, действующие на призму, на оси и и ~. Условия равновесия дают о„АС = тА В ип а + тВС соз а; т„АС = тАВ соз а — тВС зш а. Отрезки АВ и ВС связаны с АС очевидными соотношениями АВ = АСсоза, ВС = АСзша. Поэтому ~то = тз1п2а; ти = тсоз2а.

Характеристики

Список файлов книги