Коэффициент запаса прочности. Допускаемые напряжения

Расчет на прочность бруса на растяжение и сжатие выполняется по опаснойточке, т.е. нарушением прочности конструкции считают возникновение хотя бы в одной точке предельных напряжений(), при которых в пластичном материале возникают заметные остаточные деформации, а в хрупком материале – первые признаки разрушения. Для пластичного материала при статическом нагружении принимают (предел текучести), а для хрупкого - (предел прочности) . Итак, для того чтобы конструкция была прочной, наибольшее расчетное значение в ней не должно превышать предельного

.

Это выражение иногда называют физическим условием прочности. Для надежной работы конструкция должна обладать определенным запасом надежности, запасом прочности, т.к. фактические нагрузки и свойства материала реально могут существенно отличаться от принятых для расчета. При этом все эти факторы, снижающие прочность конструкции, носят непредвиденный, случайный характер. Следовательно, нельзя допускать чтобы расчетное напряжение приближалось к предельному. Для обеспечения надежности конструкции вводят коэффициент запаса прочности, равный отношению предельного напряжения к расчетному напряжению

.

На основе опыта проектирования и эксплуатации конструкций устанавливают минимально необходимые величины коэффициентов запаса прочности (далее – запаса прочности). Эти величины называют допускаемымиили нормативными коэффициентами запаса и обозначают . Расчетный запас прочности должен быть не ниже допускаемого, т.е. условие прочности принимает вид

.

 

 

Перепишем выражение в виде

или .

Это выражение называют: условием прочности по нормальным напряжениям.

Напряжение = /

- допускаемое напряжение: напряжение при котором обеспечивается безопасная работа конструкции с надлежащим (нормативным) запасом прочности.

В «Справочнике машиностроителя» рекомендуют пользоваться для определения коэффициента запаса произведением трех частных коэффициентов

= ,

где - коэффициент, учитывающий неточность в определении нагрузок и напряжений (при повышенной точности определения параметров принимают = 1,2 ÷ 1,5, при меньшей точности = 2 ÷3,

- коэффициент, учитывающий неоднородность материала, его повышенную чувствительность к механической обработке (принимают

= 1,2 ÷ 2,2); - коэффициент, учитывающий условия работы, степень ответственности детали (принимают = 1÷ 1,5).

В машиностроении на основании практики конструирования, расчета и эксплуатации машин и сооружений для пластичных материалов при статической нагрузке принимают = 1,4 ÷ 1,6; для хрупких материалов - = 2,5 ÷ 4,0.

Таблица 4.1.

Материалы	Допускаемые напряжения , МПа
растяжение +	сжатие -
Сталь: СтО и Ст2 Ст3 Стали углеродистые конструкционные Дюралюминий Чугун серый СЧ 12-28 Бетон Сосна вдоль волокон Текстолит	60 – 250 80 – 150   20 – 30 0,1 – 0,7 7 – 10 80 - 150	60 – 250 80 – 150   70 – 110 1 – 9 50 – 70 80 - 150

Это является достаточно очевидным, т.к. хрупкие материалы более чувствительны к различным случайным повреждениям. Кроме того, непредвиденное повышение напряжений для пластичного материала может вызвать лишь небольшие остаточные деформации, а для хрупкого последует разрушение.

Выше в таблице 4.1. приведены ориентировочные значения допускаемых напряжений для некоторых материалов.