Що таке запас міцності

Підвищення надійності елементів споруд та деталей машин пред'являє високі вимоги до проектних рішень, оскільки конструкція має бути досить міцною, а в необхідних випадках – жорсткою та стійкою та, водночас, мати найменшу матеріаломісткість, трудомісткість виготовлення та вартість. Значною мірою це завдання може бути вирішена за рахунок раціонального проектування на основі сучасних методів розрахунків на міцність.

Необхідність запровадження коефіцієнтів запасу міцності пояснюється такими обставинами:

а) розкидом у величинах, що визначаються з досвіду, σ_т або σ_в для цього матеріалу;

б) неможливістю точно встановити діючі навантаження;

в) неточністю ухвалених методів розрахунку.

При призначенні коефіцієнтів запасу, а значить і напруг, що допускаються, крім перерахованих вище міркувань необхідно також враховувати й інші фактори:

а) якість та ступінь однорідності матеріалу, наприклад, для сталі коефіцієнт запасу приймається - 1,5; для бетону – 3; для природного каменю матеріалу дуже неоднорідного коефіцієнт запасу приймається ~ 10;

б) довговічність та значимість споруди або машини. Нижче представлено порівняльну таблицю значень коефіцієнтів запасу міцності (табл. 1), в якій можна спостерігати розкид значення.

Коефіцієнт запасу міцності (nт, nв)

Табличний метод вибору напруг і коефіцієнтів, що допускаються. запасу міцності конкретніше, простіше і дуже зручний для користування.Тому в усіх випадках, коли є спеціалізовані таблиці напруг, що допускаються, і коефіцієнтів запасу міцності, складені для окремих деталей і вузлів машин науково-дослідними інститутами, заводами та організаціями, що проектують машини, при виборі допустимих напруг і коефіцієнтів запасу зазвичай користуються табличним методом. Диференціальний метод полягає в тому, що допустима напруга або допустимий коефіцієнт запасу міцності визначають за відповідною формулою, яка враховує різні фактори, що впливають на міцність деталі, що розраховується.

Коефіцієнти запасу по відношенню до тимчасового опору навіть при постійних напругах в умовах тендітної міцності вибираються досить великими, наприклад, для сірого чавуну порядку 3 і вище. Це з тим. що навіть одноразове перевищення максимальною напругою тимчасового опору викликає руйнування, а для чавуну це також пов'язане з залишковою напругою та неоднорідною структурою.

Коефіцієнт запасу стосовно межі плинності матеріалу при розрахунках деталей з пластичних матеріалів під впливом постійних напруг вибирають мінімальним при досить точних розрахунках, тобто. рівним 1,3. 1,5. Це можливо у зв'язку з тим, що при перевантаженнях, що перевищують межу плинності, пластичні деформації дуже малі (особливо при сильно неоднорідних напружених станах деталей) і зазвичай не викликають виходу деталі з ладу. Коефіцієнти запасу межі витривалості, попри небезпечний характер руйнації, вибирають щодо невеликими, тобто. рівними 1,5. 2,5. Це з тим, що поодинокі навантаження не призводять до руйнації. При контактних навантажень коефіцієнти запасу можна вибирати рівними 1,1. 1,3 т.к.можливі ушкодження мають місцевий характер. p align="justify"> Коефіцієнти запасу можна встановлювати на основі диференціального методу як добуток приватних коефіцієнтів, що відображають: достовірність визначення розрахункових навантажень і напруг - коефіцієнт S₁ = 1. 1,5; однорідність механічних властивостей матеріалів – коефіцієнт S₂; для сталевих деталей з поковок та прокату S₂ = 1,2. 1,5; для чавунних деталей S₂ = 1,5. 2,5; специфічні вимоги безпеки – коефіцієнт S₃ = 1. 1.5. Загальний коефіцієнт запасу міцності: S = S₁S₂S₃ [6].

Для будівельних спеціальностей умова міцності записується як раб σ_max = . < = R_y - розрахунковий опір (стосовно розтягування, стиску та вигину). Для різних напружених станів розрахунковий опір визначається наступним чином: розтягування, стиск та вигин - R_y = R_yn/γ_m; зсув - R_S = 0,58 R_yn/γ_m; де γ_m - коефіцієнт надійності за матеріалом, що визначається відповідно до п.3.2* (СНиП II-23-81*); R_yn - Нормативний опір, МПа;

Розрахункові опори при розтягуванні, стисканні та згинанні листового, широкосмугового універсального або фасонного прокату наведені в таблиці 51*, труб у табл. 51,а. (СНиП II-23-81*), розрахункові опори гнутих профілів слід приймати рівними розрахунковими опорами листового прокату, з якого вони виготовлені, при цьому допускається враховувати зміцнення сталі листового прокату в зоні згину.

Для порівняльного аналізу використано сталь С590. Дані, отримані при розрахунку з коефіцієнтами, взятими з технічної літератури та зі СНиП II-23-81*, зведені у табл. 2.

Дод. діаметр стрижня, мм