Допускаемые напряжения, коэффициент безопасности

Ранее были введены две величины, относительно которых оценивается прочность:
- Напряжение, при котором появляются значительные остаточные деформации, σт или σ02. При ограничении действующих напряжений этой величиной, конструкция может функционировать достаточно длительное время.
- Напряжение, при котором образец выдерживает максимальную силу, σв. Это напряжение используют для конструкций, в которых надо обеспечить временную прочность, т.е. восприятие действующей силы единожды.
Однако здесь возникает большое количество проблем:
- Проблема точного определения действующих на конструкцию нагрузок
- В некоторых случаях внезапно приложенные нагрузки принимают за статические, т.е. медленно приложенные. Такое допущение, при прочих равных, уменьшает прочность конструкции
- Вероятность остаточных деформаций при пределе текучести (пусть и незначительных)
- Вероятность расхождения значений механических характеристик материала испытанного образца и материала в конструкции
- При длительной эксплуатации свойства материала ухудшаются из-за воздействия окружающей среды, в то время, как для расчётов на прочность принимаются характеристики «свежих» материалов
- Использование приближённых расчётных методик
- И т.д.
Все перечисленные факторы вынуждают так или иначе понижать допускаемое напряжение в величину коэффициента безопасности k. Величина этого коэффициента может варьироваться в зависимости от области машиностроения, строительства, а также в зависимости от части конструкции.
В итоге допускаемое напряжение определяется следующим образом:

[σ] – это допускаемое напряжение.
И уже это напряжение используется далее в расчётах на прочность.
Для различных областей машиностроения и строительства существуют различные документы, которые устанавливают определённые правила. В таких документах, в частности, прописываются минимальные коэффициенты безопасности для тех или иных частей конструкции.
- У авиационных инженеров - авиационные правила (АП)
- У судостроителей - морской и речной регистр
- У строителей - строительные нормы и правила (СНиП)
и т.д.
Однако, например, в авиастроении используется несколько иной подход. В нём действующие максимально возможные нагрузки (эксплуатационные) увеличиваются в k раз (коэффициент безопасности), и получаются расчётные нагрузки – то, на что конструкция проектируется и рассчитывается.
Напомню, что сопроматом проверяются три вещи: прочность, жёсткость и устойчивость. В каждом из этих случаев возможны две задачи - прямая, когда ищутся безопасные размеры, и обратная, когда проверяется достаточность имеющихся. Так вот, когда проверяется достаточность имеющихся размеров, итогом такого расчёта служит величина запаса прочности/жёсткости/устойчивости:

При проверке прочности, в числителе стоит допускаемое напряжение [σ] (или же допускаемая сила), а в знаменателе – действующее напряжение (или действующая сила):

0 комментариев