Căng thẳng cho phép là gì. Xác định ứng suất cho phép đối với vật liệu dẻo và giòn

Điện áp cho phép (cho phép)- đây là giá trị ứng suất được coi là cực kỳ chấp nhận được khi tính toán kích thước mặt cắt ngang của một phần tử được thiết kế cho một tải trọng nhất định. Chúng ta có thể nói về ứng suất kéo, ứng suất nén và ứng suất cắt cho phép. Ứng suất cho phép được quy định bởi cơ quan có thẩm quyền (chẳng hạn như bộ phận cầu điều khiển đường sắt), hoặc được lựa chọn bởi một nhà thiết kế hiểu rõ các tính chất của vật liệu và điều kiện sử dụng nó. Ứng suất cho phép giới hạn điện áp làm việc tối đa của kết cấu.

Khi thiết kế các kết cấu, mục tiêu là tạo ra một kết cấu vừa đáng tin cậy, vừa cực kỳ nhẹ và tiết kiệm. Độ tin cậy được đảm bảo bởi thực tế là mỗi phần tử được cung cấp các kích thước sao cho ứng suất vận hành tối đa trong nó sẽ nhỏ hơn ở một mức độ nhất định so với ứng suất gây mất độ bền của phần tử này. Mất đi sức mạnh không nhất thiết có nghĩa là bị hủy diệt. Máy hoặc xây dựng công trìnhđược coi là thất bại khi nó không thể thực hiện tốt chức năng của mình. Theo quy luật, một bộ phận làm bằng vật liệu nhựa sẽ mất độ bền khi ứng suất trong nó đạt đến điểm chảy dẻo, do bộ phận đó bị biến dạng quá nhiều, máy hoặc cấu trúc không còn đáp ứng được mục đích dự định của nó. Nếu bộ phận được làm bằng vật liệu giòn thì nó gần như không bị biến dạng và mất độ bền đồng thời với việc nó bị phá hủy.

Biên độ an toàn. Sự khác biệt giữa ứng suất mà tại đó vật liệu mất đi độ bền và ứng suất cho phép là “biên độ an toàn” phải được cung cấp, có tính đến khả năng quá tải ngẫu nhiên, sự thiếu chính xác trong tính toán liên quan đến việc đơn giản hóa các giả định và các điều kiện không chắc chắn, sự hiện diện của các khuyết tật không được phát hiện (hoặc không thể phát hiện được) trong vật liệu và sau đó là sự giảm độ bền do ăn mòn kim loại, mục nát gỗ, v.v.

Yếu tố an toàn. Hệ số an toàn của một bộ phận kết cấu bất kỳ bằng tỷ số giữa tải trọng lớn nhất gây ra sự suy giảm độ bền của bộ phận đó với tải trọng tạo ra ứng suất cho phép. Trong trường hợp này, việc mất đi độ bền không chỉ có nghĩa là phần tử bị phá hủy mà còn xuất hiện các biến dạng dư trong đó. Vì vậy, đối với một bộ phận kết cấu làm bằng vật liệu nhựa, ứng suất cực đại là giới hạn chảy. Trong hầu hết các trường hợp, ứng suất làm việc trong các bộ phận kết cấu tỷ lệ thuận với tải trọng và do đó hệ số an toàn được định nghĩa là tỷ số giữa cường độ tới hạn và ứng suất cho phép (hệ số an toàn cho cường độ tới hạn). Vì vậy, nếu độ bền kéo của kết cấu thép là 540 MPa và ứng suất cho phép là 180 MPa thì hệ số an toàn là 3.

Ứng suất cho phép

Tên tham số	Nghĩa
Chủ đề bài viết:	Ứng suất cho phép
Phiếu tự đánh giá (thể loại chuyên đề)	toán học

Bảng 2.4

Hình 2.22

Hình.2.18

Hình.2.17

Cơm. 2,15

Đối với các thử nghiệm độ bền kéo, máy kiểm tra độ bền kéo được sử dụng, cho phép ghi lại sơ đồ theo tọa độ “tải trọng - độ giãn dài tuyệt đối” trong quá trình thử nghiệm. Bản chất của biểu đồ ứng suất - biến dạng phụ thuộc vào tính chất của vật liệu được thử nghiệm và tốc độ biến dạng. Hình ảnh điển hình của sơ đồ như vậy đối với thép cacbon thấp dưới ứng dụng tải trọng tĩnh được thể hiện trong Hình 2. 2.16.

Chúng ta hãy xem xét các phần và điểm đặc trưng của sơ đồ này, cũng như các giai đoạn biến dạng mẫu tương ứng:

OA – Định luật Hooke đúng;

AB - đã xuất hiện biến dạng dư (dẻo);

BC – biến dạng dẻo tăng;

SD – năng suất ổn định (căng thẳng tăng ở tải không đổi);

DC - diện tích tăng cường (vật liệu một lần nữa có được khả năng tăng khả năng chống biến dạng hơn nữa và chấp nhận một lực tăng đến một giới hạn nhất định);

Điểm K - quá trình thử nghiệm đã dừng và mẫu được lấy ra;

KN - dây chuyền dỡ hàng;

NKL - đường tải lặp lại của mẫu (KL - phần tăng cường);

LM - diện tích giảm tải, tại thời điểm cái gọi là cổ xuất hiện trên mẫu - thu hẹp cục bộ;

Điểm M – mẫu bị vỡ;

Sau khi vỡ, mẫu có dạng gần đúng như hình 2.17. Các mảnh có thể được gấp lại và có thể đo được chiều dài sau khi thử ℓ 1, cũng như đường kính của cổ d 1.

Kết quả của việc xử lý biểu đồ độ bền kéo và đo mẫu, chúng ta thu được một số đặc tính cơ học có thể chia thành hai nhóm - đặc tính cường độ và đặc tính dẻo.

Đặc điểm sức mạnh

Giới hạn tỷ lệ:

Điện áp tối đa mà định luật Hooke có hiệu lực.

Sức mạnh năng suất:

Ứng suất thấp nhất tại đó mẫu xảy ra biến dạng dưới lực kéo không đổi.

Độ bền kéo (cường độ tạm thời):

Điện áp cao nhất quan sát được trong quá trình thử nghiệm.

Điện áp khi ngắt:

Ứng suất khi đứt được xác định theo cách này rất tùy ý và không nên được sử dụng như một đặc tính cơ học của thép. Quy ước là nó có được bằng cách chia lực tại thời điểm đứt cho diện tích mặt cắt ngang ban đầu của mẫu chứ không phải cho diện tích thực tế của nó khi đứt, nhỏ hơn nhiều so với diện tích ban đầu do sự hình thành của một cái cổ.

Đặc tính dẻo

Hãy nhớ lại rằng độ dẻo là khả năng của vật liệu biến dạng mà không bị vỡ. Đặc tính dẻo là biến dạng nên được xác định theo số liệu đo của mẫu sau khi phá hủy:

∆ℓ ос = ℓ 1 - ℓ 0 – độ giãn dài dư,

- vùng cổ.

Độ giãn dài tương đối sau khi đứt:

. (2.25)

Đặc tính này không chỉ phụ thuộc vào vật liệu mà còn phụ thuộc vào tỷ lệ kích thước của mẫu. Liên quan đến điều này mà các mẫu chuẩn có tỷ lệ cố định ℓ 0 = 5d 0 hoặc ℓ 0 = 10d 0 và giá trị của δ luôn được cho với chỉ số - δ 5 hoặc δ 10 và δ 5 > δ 10.

Thu hẹp tương đối sau khi vỡ:

. (2.26)

Công việc biến dạng cụ thể:

trong đó A là công dành cho việc phá hủy mẫu; được tìm thấy là diện tích được giới hạn bởi sơ đồ kéo dài và trục hoành (hình diện tích OABCDKLMR). Công biến dạng cụ thể đặc trưng cho khả năng của vật liệu chống lại tác động của tải trọng.

Trong tất cả các đặc tính cơ học thu được trong quá trình thử nghiệm, đặc tính cường độ chính là cường độ chảy σ t và độ bền kéo σ pch, và đặc tính dẻo chính là độ giãn dài tương đối δ và độ thu hẹp tương đối ψ sau khi đứt.

Đang dỡ hàng và tải lại

Khi mô tả biểu đồ độ bền kéo, người ta chỉ ra rằng tại điểm K, phép thử đã dừng lại và mẫu được dỡ ra. Quá trình dỡ tải được mô tả bằng đường thẳng KN (Hình 2.16), song song với đoạn thẳng OA của giản đồ. Điều này có nghĩa là độ giãn dài của mẫu ∆ℓ′ P, thu được trước khi bắt đầu dỡ tải, không biến mất hoàn toàn. Phần mở rộng bị biến mất trong sơ đồ được mô tả bằng đoạn NQ, phần còn lại - bằng đoạn ON. Do đó, độ giãn dài tổng cộng của mẫu vượt quá giới hạn đàn hồi bao gồm hai phần - đàn hồi và dư (dẻo):

∆ℓ′ P = ∆ℓ′ lên + ∆ℓ′ os.

Điều này sẽ xảy ra cho đến khi mẫu bị vỡ. Sau khi đứt, thành phần đàn hồi của độ giãn dài tổng (đoạn ∆ℓ trở lên) biến mất. Độ giãn dài dư được mô tả bằng đoạn ∆ℓ rìu. Nếu dừng nạp và dỡ mẫu trong phần OB thì quá trình dỡ tải sẽ được mô tả bằng một đường trùng với đường tải - biến dạng hoàn toàn đàn hồi.

Khi một mẫu có chiều dài ℓ 0 + ∆ℓ′ oc được nạp lại, đường tải gần như trùng với đường dỡ tải NK. Giới hạn tỷ lệ tăng lên và trở nên bằng với điện áp mà việc dỡ tải được thực hiện. Tiếp theo, đường thẳng NK chuyển thành đường cong KL không có điểm ổn định về năng suất. Phần sơ đồ nằm bên trái dòng NK hóa ra đã bị cắt bỏ, ᴛ.ᴇ. gốc tọa độ di chuyển đến điểm N. Tuy nhiên, do bị kéo dài quá điểm chảy dẻo, mẫu đã thay đổi tính chất cơ học:

1). giới hạn tỷ lệ đã tăng lên;

2). nền tảng doanh thu đã biến mất;

3). độ giãn dài tương đối sau khi đứt giảm.

Sự thay đổi thuộc tính này thường được gọi là cứng lại.

Khi cứng lại, tính chất đàn hồi tăng lên và độ dẻo giảm đi. Trong một số trường hợp (ví dụ, trong quá trình xử lý cơ học), hiện tượng đông cứng là không mong muốn và nó được loại bỏ bằng cách xử lý nhiệt. Trong các trường hợp khác, nó được tạo ra một cách nhân tạo để cải thiện độ đàn hồi của các bộ phận hoặc kết cấu (xử lý bằng cách bắn lò xo hoặc kéo cáp của máy nâng).

Biểu đồ ứng suất

Để thu được sơ đồ mô tả đặc tính cơ học của vật liệu, sơ đồ kéo sơ cấp trong tọa độ P - ∆ℓ được xây dựng lại theo tọa độ σ - ε. Vì tọa độ σ \u003d P / F và hoành độ σ \u003d ∆ℓ / ℓ thu được bằng cách chia cho các hằng số nên sơ đồ có dạng giống như sơ đồ ban đầu (Hình 2.18, a).

Từ biểu đồ σ – ε rõ ràng rằng

ᴛ.ᴇ. mô đun đàn hồi bình thường bằng tiếp tuyến của góc nghiêng của mặt cắt thẳng của sơ đồ với trục hoành.

Từ biểu đồ ứng suất, có thể thuận tiện xác định cái gọi là cường độ chảy có điều kiện. Thực tế là hầu hết các vật liệu kết cấu không có điểm chảy dẻo - một đường thẳng biến thành một đường cong một cách trơn tru. Trong trường hợp này, ứng suất tại đó độ giãn dài dư tương đối bằng 0,2% được lấy làm giá trị giới hạn chảy (có điều kiện). Trong bộ lễ phục. 2.18, b trình bày cách xác định giá trị cường độ chảy có điều kiện σ 0,2. Cường độ chảy dẻo σ t, được xác định khi có điểm ổn định chảy dẻo, thường được gọi là thuộc vật chất.

Phần giảm dần của sơ đồ là có điều kiện, vì diện tích mặt cắt ngang thực tế của mẫu sau khi thắt cổ nhỏ hơn đáng kể so với diện tích ban đầu mà tọa độ của sơ đồ được xác định. Ứng suất thực có thể đạt được nếu độ lớn của lực tại mỗi thời điểm P t được chia cho diện tích mặt cắt ngang thực tế tại cùng thời điểm F t:

Trong bộ lễ phục. 2.18, a, các điện áp này tương ứng với đường đứt nét. Cho đến cường độ tối đa, S và σ thực tế trùng khớp. Tại thời điểm đứt, ứng suất thực vượt quá đáng kể độ bền kéo σ pc và thậm chí còn vượt xa ứng suất tại thời điểm đứt σ r. Chúng ta biểu thị vùng cổ F 1 đến ψ và tìm S p.

Þ Þ .

Đối với thép dẻo ψ = 50 - 65%. Nếu lấy ψ = 50% = 0,5 thì ta được S р = 2σ р, ᴛ.ᴇ. ứng suất thực sự là lớn nhất tại thời điểm đứt, điều này khá logic.

2.6.2. Thử nghiệm sức ép Vật liệu khác nhau

Thử nghiệm nén cung cấp ít thông tin hơn về các đặc tính của vật liệu so với thử nghiệm kéo. Tuy nhiên, nó cực kỳ quan trọng để mô tả các tính chất cơ học của vật liệu. Nó được thực hiện trên các mẫu ở dạng hình trụ, chiều cao của nó không quá 1,5 lần đường kính hoặc trên các mẫu ở dạng hình khối.

Xét sơ đồ nén của thép và gang. Điều đáng nói là để rõ ràng, chúng tôi sẽ mô tả chúng theo cùng một hình với biểu đồ độ bền kéo của các vật liệu này (Hình 2.19). Trong quý đầu tiên - sơ đồ căng thẳng và trong quý thứ ba - sơ đồ nén.

Khi bắt đầu chịu tải, biểu đồ nén của thép là một đường thẳng nghiêng có cùng độ dốc như khi chịu kéo. Sau đó sơ đồ di chuyển vào vùng chảy dẻo (vùng chảy dẻo không được thể hiện rõ ràng như khi bị căng). Hơn nữa, đường cong hơi uốn cong và không bị đứt gãy, bởi vì mẫu thép không bị phá hủy mà chỉ bị dẹt. Mô đun đàn hồi của thép E khi chịu nén và kéo là như nhau. Cường độ chảy σ t + = σ t - cũng như nhau. Không thể đạt được cường độ nén cũng như không thể đạt được các đặc tính dẻo.

Sơ đồ kéo và nén của gang có hình dạng tương tự nhau: chúng uốn cong ngay từ đầu và khi chạm tới tải tối đa vỡ ra. Đồng thời, gang chịu nén tốt hơn khi bị căng (σ inch - = 5 σ inch +). Độ bền kéo σ pch - ϶ᴛᴏ đặc tính cơ học duy nhất của gang thu được trong quá trình thử nén.

Ma sát xảy ra trong quá trình thử nghiệm giữa các tấm máy và các đầu của mẫu có tác động đáng kể đến kết quả thử nghiệm và tính chất phá hủy. Mẫu thép hình trụ có dạng thùng (Hình 2.20a), các vết nứt xuất hiện ở khối gang đúc một góc 45 0 so với phương của tải trọng. Nếu loại trừ ảnh hưởng của ma sát bằng cách bôi trơn các đầu của mẫu bằng parafin, các vết nứt sẽ xuất hiện theo hướng của tải trọng và lực cực đại sẽ nhỏ hơn (Hình 2.20, b và c). Hầu hết các vật liệu giòn (bê tông, đá) không chịu nén theo cách tương tự như gang và có kiểu nén tương tự.

Điều đáng quan tâm là kiểm tra gỗ - dị hướng, ᴛ.ᴇ. có độ bền khác nhau dựa trên hướng của lực liên quan đến hướng của các sợi vật liệu. Ngày càng có nhiều loại nhựa sợi thủy tinh được sử dụng rộng rãi cũng có tính dị hướng. Khi nén dọc theo thớ, gỗ bền hơn nhiều so với khi nén ngang thớ (đường cong 1 và 2 trong Hình 2.21). Đường cong 1 tương tự như đường cong nén của vật liệu giòn. Sự phá hủy xảy ra do sự dịch chuyển của một phần của khối lập phương so với phần kia (Hình 2.20, d). Khi bị nén ngang qua các sợi, gỗ không bị xẹp xuống mà bị ép lại (Hình 2.20e).

Khi kiểm tra độ căng của một mẫu thép, chúng tôi đã phát hiện ra sự thay đổi về tính chất cơ học do bị kéo căng cho đến khi xuất hiện biến dạng dư đáng chú ý - cứng lại khi nguội. Chúng ta hãy xem mẫu hoạt động như thế nào sau khi đông cứng trong quá trình thử nghiệm nén. Trong hình 2.19 sơ đồ được thể hiện bằng một đường chấm chấm. Quá trình nén tuân theo đường cong NC 2 L 2, nằm phía trên sơ đồ nén của mẫu không chịu quá trình làm cứng OC 1 L 1 và gần như song song với mẫu sau. Sau khi đông cứng do kéo, các giới hạn về tỷ lệ và năng suất nén giảm xuống. Hiện tượng này thường được gọi là hiệu ứng Bauschinger, được đặt theo tên của nhà khoa học đầu tiên mô tả nó.

2.6.3. Xác định độ cứng

Một thử nghiệm cơ học và công nghệ rất phổ biến là xác định độ cứng. Điều này là do tốc độ và sự đơn giản của các thử nghiệm đó cũng như giá trị của thông tin thu được: độ cứng đặc trưng cho trạng thái bề mặt của bộ phận trước và sau khi xử lý công nghệ (làm cứng, thấm nitơ, v.v.), từ đó người ta có thể gián tiếp đánh giá tính chất của chúng. độ lớn của độ bền kéo.

Độ cứng của vật liệu Người ta thường gọi khả năng chống lại sự xâm nhập cơ học của người khác là nhiều hơn chất rắn. Các đại lượng đặc trưng cho độ cứng được gọi là số độ cứng. Có thể xác định phương pháp khác nhau, chúng khác nhau về kích thước và kích thước và luôn đi kèm với chỉ dẫn về phương pháp xác định chúng.

Phương pháp phổ biến nhất là phương pháp Brinell. Thử nghiệm về cơ bản bao gồm việc ấn một quả bóng thép cứng có đường kính D vào mẫu (Hình 2.22a). Quả bóng được giữ trong một thời gian dưới tải trọng P, do đó trên bề mặt vẫn còn một dấu vết (lỗ) có đường kính d. Tỷ lệ tải tính bằng kN so với diện tích bề mặt của bản in tính bằng cm 2 thường được gọi là số độ cứng Brinell

. (2.30)

Để xác định chỉ số độ cứng Brinell, người ta sử dụng các dụng cụ kiểm tra đặc biệt; đường kính của vết lõm được đo bằng kính hiển vi cầm tay. Thông thường HB không được tính bằng công thức (2.30) mà được tìm thấy từ bảng.

Sử dụng số độ cứng HB, có thể thu được giá trị gần đúng về độ bền kéo của một số kim loại mà không làm hỏng mẫu, bởi vì có mối quan hệ tuyến tính giữa σ inch và HB: σ inch = k ∙ HB (đối với thép cacbon thấp k = 0,36, đối với thép cường độ cao k = 0,33, đối với gang k = 0,15, đối với hợp kim nhôm k = 0, 38, đối với hợp kim titan k = 0,3).

Một phương pháp rất thuận tiện và phổ biến để xác định độ cứng theo Rockwell. Trong phương pháp này, một hình nón kim cương có góc đỉnh là 120 độ và bán kính cong 0,2 mm hoặc một quả bóng thép có đường kính 1,5875 mm (1/16 inch), được sử dụng làm vết lõm ép vào mẫu. Thử nghiệm diễn ra theo sơ đồ trong Hình. 2.22, b. Đầu tiên, hình nón được ép vào với tải trọng sơ bộ P0 = 100 N và tải trọng này không được tháo ra cho đến khi kết thúc thử nghiệm. Với tải trọng này, hình nón chìm xuống độ sâu h 0 . Tiếp theo, toàn bộ tải P = P 0 + P 1 được tác dụng lên hình nón (hai phương án: A – P 1 = 500 N và C – P 1 = 1400 N), và độ sâu vết lõm tăng lên. Sau khi bỏ tải trọng chính P 1 vẫn giữ nguyên độ sâu h 1 . Độ sâu vết lõm thu được do tải trọng chính P 1, bằng h = h 1 – h 0, đặc trưng cho độ cứng Rockwell. Chỉ số độ cứng được xác định theo công thức

, (2.31)

trong đó 0,002 là giá trị chia tỷ lệ của chỉ báo máy đo độ cứng.

Có các phương pháp khác để xác định độ cứng (Vickers, Shore, độ cứng vi mô) không được thảo luận ở đây.

2.6.4. So sánh tính chất của các vật liệu khác nhau

Chúng tôi đã kiểm tra chi tiết các đặc tính của vật liệu dẻo và giòn - thép cacbon thấp và gang xám - dưới sức kéo và nén. Hãy tiếp tục so sánh này - hãy xem xét biểu đồ độ bền kéo của một số kim loại (Hình 2.23).

Tất cả các loại thép trong hình – 40, St6, 25HNVA, mangan – có nhiều hơn nữa hiệu suất cao sức mạnh hơn thép carbon thấp St3. Không có điểm dừng chảy dẻo ở thép cường độ cao và độ giãn dài tương đối khi đứt δ nhỏ hơn đáng kể. Sức mạnh tăng lên phải trả giá bằng độ dẻo giảm. Hợp kim nhôm và titan có độ dẻo tốt. Đồng thời, độ bền của hợp kim nhôm cao hơn St3 và trọng lượng thể tích nhỏ hơn gần ba lần. Và hợp kim titan có độ bền ngang bằng thép hợp kim cường độ cao với trọng lượng gần bằng một nửa. Bảng 2.4 thể hiện đặc tính cơ học của một số vật liệu hiện đại.

Vật liệu	thương hiệu	Cường độ năng suất, σ t	Độ bền kéo, σ inch	Liên quan. độ giãn dài khi đứt, δ 5	Liên quan đến sự thu hẹp khi đứt, ψ	Trọng lượng thể tích, γ	Mô đun Young, E
		kN/cm2	kN/cm2	%	%	g/cm3	kN/cm2
	St3		34-42			7,85	2 10 4
Thép cacbon, cán nóng	ST6		60-72			7,85	2 10 4
Thép cacbon chất lượng						7,85	2 10 4
Thép hợp kim Chrome-niken-vonfram	25ХНВА					7,85	2.1 10 4
Thép hợp kim silic-crom-mangan	35HGSA					7,85	2.1 10 4
Gang thép	SC24-44	-		-	-	7,85	1,5 10 4
Hợp kim nhôm	D16T				-	2,8	0,7 10 4
Đồng silicon	BrK-3	-			-	7,85	1.1 10 4
Hợp kim titan	BT4				-	4,5
Sợi thủy tinh	ĐÃ BƠI	-			-	1,9	0,4 10 4
Sợi carbon	KEVLAR			-	-	1,7	3 10 4

Hai dòng cuối cùng của bảng thể hiện đặc tính của vật liệu composite polymer, đặc trưng bởi trọng lượng nhẹ và độ bền cao. Vật liệu tổng hợp dựa trên sợi carbon siêu bền có đặc tính đặc biệt nổi bật - độ bền của chúng cao hơn khoảng hai lần so với cường độ của thép hợp kim tốt nhất và cao hơn một bậc so với thép carbon thấp. Οʜᴎ thép cứng hơn gấp rưỡi và nhẹ hơn gần năm lần. Tất nhiên, chúng được sử dụng trong công nghệ quân sự - sản xuất máy bay và tên lửa. TRONG những năm trướcđang bắt đầu được sử dụng trong các lĩnh vực dân sự - công nghiệp ô tô (thân xe, Đĩa phanh, ống xả của xe đua và xe thể thao đắt tiền), đóng tàu (thân thuyền và tàu nhỏ), y học ( xe lăn, bộ phận giả), cơ khí thể thao (khung, bánh xe đạp đua và các thiết bị thể thao khác). Việc sử dụng rộng rãi vật liệu này hiện đang bị cản trở bởi chi phí cao và khả năng sản xuất thấp.

Tổng hợp tất cả những điều trên về tính chất cơ học các vật liệu khác nhau, chúng ta có thể hình thành các đặc điểm chính về tính chất của vật liệu dẻo và giòn.

1. Vật liệu giòn, không giống như vật liệu dẻo, bị phá hủy do biến dạng dư nhỏ.

2. Vật liệu nhựa chịu lực kéo và nén như nhau, vật liệu giòn chịu lực nén tốt và lực kéo kém.

3. Vật liệu nhựa chịu tải va đập tốt, vật liệu giòn - kém.

4. Vật liệu giòn rất nhạy cảm với cái gọi là nồng độ ứng suất(điện áp cục bộ tăng gần những nơi thay đổi đột ngột hình dạng của các bộ phận). Sự tập trung ứng suất ảnh hưởng đến độ bền của các bộ phận làm bằng vật liệu nhựa ở mức độ thấp hơn nhiều. Thông tin chi tiết về điều này dưới đây.

5. Vật liệu giòn không tuân theo quy trình xử lý công nghệ liên quan đến biến dạng dẻo - dập, rèn, vẽ, v.v.

Việc phân chia vật liệu thành dẻo và giòn là có điều kiện, vì trong những điều kiện nhất định, vật liệu giòn có đặc tính dẻo (ví dụ, với độ nén toàn diện cao) và ngược lại, vật liệu dẻo có đặc tính giòn (ví dụ, thép nhẹ ở nhiệt độ thấp). Vì lý do này, sẽ đúng hơn nếu không nói về nhựa và vật liệu giòn mà nói về sự phá hủy nhựa và giòn của chúng.

Như đã chỉ ra, các bộ phận của máy và các kết cấu khác phải đáp ứng các điều kiện về độ bền (2.3) và độ cứng (2.13). Độ lớn của ứng suất cho phép được thiết lập dựa trên vật liệu (đặc tính cơ học của nó), loại biến dạng, tính chất của tải trọng, điều kiện vận hành của kết cấu và mức độ nghiêm trọng của hậu quả có thể xảy ra trong trường hợp hư hỏng:

n – hệ số an toàn, n > 1.

Đối với các bộ phận được làm bằng vật liệu nhựa, tình trạng nguy hiểm được đặc trưng bởi sự xuất hiện các biến dạng dư lớn và do đó điện áp nguy hiểm bằng cường độ chảy σ op = σ t.

Đối với các bộ phận được làm bằng vật liệu giòn, trạng thái nguy hiểm được đặc trưng bởi sự xuất hiện các vết nứt; do đó, ứng suất nguy hiểm bằng độ bền kéo σ op = σ inc.

Tất cả các điều kiện làm việc nêu trên của các bộ phận đều được tính đến hệ số an toàn. Trong bất kỳ điều kiện nào, có một số yếu tố chung được tính đến bởi hệ số an toàn:

1. Tính không đồng nhất của vật liệu, do đó có sự thay đổi về đặc tính cơ học;

2. Không xác định chính xác độ lớn và tính chất của tải trọng bên ngoài;

3. Xấp xỉ sơ đồ tính toán và phương pháp tính toán.

Dựa trên số liệu thực tế lâu dài trong thiết kế, tính toán và vận hành máy móc, kết cấu, hệ số an toàn đối với thép được giả định là 1,4 – 1,6. Đối với vật liệu giòn chịu tải trọng tĩnh lấy hệ số an toàn 2,5 - 3,0. Vì vậy, đối với vật liệu nhựa:

. (2.33)

Đối với vật liệu dễ vỡ

. (2.34)

Khi so sánh các tính chất của vật liệu dẻo và giòn, cần lưu ý rằng nồng độ ứng suất ảnh hưởng đến độ bền. Lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm cho thấy sự phân bố ứng suất đồng đều trên diện tích mặt cắt ngang của thanh bị kéo (nén) theo công thức (2.2) bị phá vỡ ở gần những nơi có sự thay đổi mạnh về hình dạng và kích thước của mặt cắt ngang - lỗ, phi lê , phi lê, v.v.
Được lưu trữ trên ref.rf
Căng thẳng cục bộ dâng cao—nồng độ căng thẳng—xảy ra gần những nơi này.

Ví dụ, hãy xem xét sự tập trung ứng suất trong một dải co giãn có một lỗ nhỏ. Lỗ được coi là nhỏ nếu thỏa mãn điều kiện d ≤ 1/5b (Hình 2.27a). Khi có nồng độ, điện áp được xác định theo công thức:

σ max = α σ ∙ σ nom . (2,35)

trong đó α σ là hệ số tập trung ứng suất, được xác định bằng phương pháp lý thuyết đàn hồi hoặc sử dụng mô hình thực nghiệm;

σ nom – điện áp danh định, ᴛ.ᴇ. ứng suất tính cho một phần nhất định khi không có sự tập trung ứng suất.

Đối với trường hợp đang xét (α σ = 3 và σ nom = N/F), bài toán này, theo một nghĩa nào đó, là bài toán cổ điển về sự tập trung ứng suất và thường được gọi là bài toán Kirsch theo tên nhà khoa học đã giải được nó ở phần cuối. của thế kỷ 19.

Xem xét dải có lỗ sẽ hoạt động như thế nào khi tải tăng lên. Trong vật liệu nhựa, ứng suất cực đại tại lỗ sẽ bằng giới hạn chảy (Hình 2.27, b). Sự tập trung ứng suất luôn giảm đi rất nhanh, do đó, ngay cả khi ở một khoảng cách nhỏ tới lỗ, ứng suất cũng ít hơn nhiều. Hãy tăng tải (Hình 2.27, c): điện áp tại lỗ không tăng, vì Vật liệu nhựa có điểm chảy dẻo khá mở rộng; ở một khoảng cách nào đó so với lỗ, ứng suất sẽ bằng với điểm chảy dẻo.

Ứng suất cho phép - khái niệm và các loại. Phân loại và đặc điểm của hạng mục “Ứng suất cho phép” 2017, 2018.

Điện áp cực đại xem xét ứng suất tại đó xảy ra trạng thái nguy hiểm trong vật liệu (phá hủy hoặc biến dạng nguy hiểm).

Vì nhựa vật liệu ứng suất cuối cùng được xem xét sức mạnh năng suất, bởi vì biến dạng dẻo sinh ra không biến mất sau khi bỏ tải:

Vì dễ vỡ vật liệu không có biến dạng dẻo và vết nứt xảy ra theo loại giòn (không hình thành cổ), lấy ứng suất cực đại sức căng:

Vì dẻo-giòn vật liệu, ứng suất giới hạn được coi là ứng suất ứng với biến dạng lớn nhất bằng 0,2% (một trăm,2):

Điện áp cho phép- điện áp tối đa mà tại đó vật liệu có thể hoạt động bình thường.

Ứng suất cho phép lấy theo giá trị giới hạn có tính đến hệ số an toàn:

trong đó [σ] là ứng suất cho phép; S- hệ số an toàn; [s] - hệ số an toàn cho phép.

Ghi chú. TRONG dấu ngoặc vuông Thông thường, người ta thường biểu thị giá trị cho phép của một đại lượng.

Hệ số an toàn cho phép phụ thuộc vào chất lượng của vật liệu, điều kiện làm việc của bộ phận, mục đích của bộ phận, độ chính xác của quá trình xử lý và tính toán, v.v.

Nó có thể dao động từ 1,25 đối với các bộ phận đơn giản đến 12,5 đối với các bộ phận phức tạp hoạt động dưới tải thay đổi trong điều kiện sốc và rung.

Đặc điểm ứng xử của vật liệu trong quá trình thử nghiệm nén:

1. Vật liệu nhựa hoạt động gần như bằng nhau ở độ căng và độ nén. Các đặc tính cơ học khi kéo và nén là như nhau.

2. Vật liệu giòn thường có cường độ chịu nén lớn hơn cường độ kéo: σ vr< σ вс.

Nếu ứng suất cho phép khi kéo và nén khác nhau thì chúng được ký hiệu là [σ p] (kéo), [σ c] (nén).

Tính toán cường độ kéo và nén

Tính toán cường độ được thực hiện theo các điều kiện cường độ - sự bất bình đẳng, việc thực hiện đảm bảo cường độ của bộ phận trong các điều kiện nhất định.

Để đảm bảo cường độ, ứng suất thiết kế không được vượt quá ứng suất cho phép:

Điện áp thiết kế MỘT phụ thuộc về tải và kích thước mặt cắt ngang, chỉ được phép từ vật liệu của bộ phận và điều kiện làm việc.

Có ba loại tính toán sức mạnh.

1. Tính toán thiết kế - sơ đồ thiết kế và tải trọng được quy định; vật liệu hoặc kích thước của bộ phận được chọn:

Xác định kích thước mặt cắt ngang:

Lựa chọn vật liệu

Dựa vào giá trị σ có thể chọn loại vật liệu.

2. Kiểm tra tính toán - tải trọng, vật liệu, kích thước của bộ phận đã biết; cần thiết kiểm tra xem sức mạnh có được đảm bảo không.

Sự bất bình đẳng được kiểm tra

3. Xác định khả năng chịu tải(tải tối đa):

Ví dụ về giải quyết vấn đề

Dầm thẳng được kéo căng với một lực 150 kN (Hình 22.6), vật liệu là thép σ t = 570 MPa, σ b = 720 MPa, hệ số an toàn [s] = 1,5. Xác định kích thước mặt cắt ngang của dầm.

Giải pháp

1. Điều kiện cường độ:

2. Diện tích mặt cắt yêu cầu được xác định theo quan hệ

3. Ứng suất cho phép đối với vật liệu được tính từ các đặc tính cơ học quy định. Sự hiện diện của điểm chảy dẻo có nghĩa là vật liệu đó là nhựa.

4. Chúng tôi xác định diện tích mặt cắt ngang yêu cầu của dầm và chọn kích thước cho hai trường hợp.

Mặt cắt ngang là hình tròn, ta xác định đường kính.

Giá trị kết quả được làm tròn lên d = 25mm, A = 4,91cm2.

Mặt cắt - góc bằng số 5 theo GOST 8509-86.

Diện tích mặt cắt ngang gần nhất của góc là A = 4,29 cm 2 (d = 5 mm). 4.91 > 4.29 (Phụ lục 1).

Câu hỏi kiểm soát và nhiệm vụ

1. Hiện tượng nào gọi là lưu động?

2. “Cổ” là gì, nó hình thành ở điểm nào trên sơ đồ kéo dài?

3. Tại sao các đặc tính cơ học đạt được khi thử nghiệm lại có điều kiện?

4. Liệt kê các đặc điểm sức mạnh.

5. Nêu đặc điểm của tính dẻo.

6. Sự khác biệt giữa biểu đồ kéo dài được vẽ tự động và sơ đồ kéo dài nhất định là gì?

7. Chọn đặc tính cơ học nào làm ứng suất giới hạn cho vật liệu dẻo, giòn?

8. Sự khác biệt giữa ứng suất giới hạn và ứng suất cho phép là gì?

9. Viết điều kiện về độ bền kéo và độ bền nén. Các điều kiện cường độ có khác nhau trong tính toán kéo và nén không?

Trả lời các câu hỏi kiểm tra.

Máy tính trực tuyến xác định ước tính ứng suất cho phép σ tùy thuộc vào nhiệt độ thiết kế cho các loại vật liệu khác nhau các loại sau: thép cacbon, thép crom, thép austenit, thép austenit-ferit, nhôm và hợp kim của nó, đồng và hợp kim của nó, titan và hợp kim của nó theo GOST-52857.1-2007.

Trợ giúp phát triển trang web của dự án

Kính gửi khách truy cập trang web.
Nếu bạn không thể tìm thấy những gì bạn đang tìm kiếm - hãy nhớ viết về nó trong phần bình luận, những gì trang web hiện đang thiếu. Điều này sẽ giúp chúng tôi hiểu chúng tôi cần tiến xa hơn theo hướng nào và những khách truy cập khác sẽ sớm có thể nhận được tài liệu cần thiết.
Nếu trang web hữu ích với bạn, hãy tặng trang web đó cho dự án chỉ 2 ₽ và chúng ta sẽ biết rằng chúng ta đang đi đúng hướng.

Cảm ơn đã ghé qua!

I. Phương pháp tính toán:

Ứng suất cho phép được xác định theo GOST-52857.1-2007.

cho thép cacbon và thép hợp kim thấp

St3, 09G2S, 16GS, 20, 20K, 10, 10G2, 09G2, 17GS, 17G1S, 10G2S1:

1. Ở nhiệt độ thiết kế dưới 20°C, ứng suất cho phép được giả định giống như ở 20°C, tùy thuộc vào việc sử dụng vật liệu được phép ở nhiệt độ nhất định.
2. Đối với thép mác 20 ở R e/20
3. Đối với mác thép 10G2 ở mức R р0,2/20
4. Đối với các loại thép 09G2S, 16GS, cấp cường độ 265 và 296 theo GOST 19281, ứng suất cho phép, bất kể độ dày tấm, được xác định cho độ dày trên 32 mm.
5. Ứng suất cho phép nằm bên dưới đường ngang có giá trị với nguồn không quá 10 5 giờ. Đối với tuổi thọ ước tính lên tới 2 * 10 5 giờ, ứng suất cho phép nằm bên dưới đường ngang được nhân với hệ số: đối với carbon thép tăng 0,8; đối với thép mangan bằng 0,85 ở nhiệt độ< 450 °С и на 0,8 при температуре от 450 °С до 500 °С включительно.

đối với thép crom chịu nhiệt

12XM, 12MX, 15XM, 15X5M, 15X5M-U:

1. Ở nhiệt độ thiết kế dưới 20°C, ứng suất cho phép được giả định giống như ở 20°C, tùy thuộc vào việc sử dụng vật liệu được phép ở nhiệt độ nhất định.
2. Đối với nhiệt độ tường thiết kế trung gian, ứng suất cho phép được xác định bằng phép nội suy tuyến tính với kết quả được làm tròn xuống 0,5 MPa về giá trị thấp hơn.
3. Ứng suất cho phép nằm bên dưới đường ngang có giá trị cho tuổi thọ sử dụng là 10 giờ 5. Đối với tuổi thọ thiết kế lên tới 2 * 10 giờ 5, ứng suất cho phép nằm bên dưới đường ngang được nhân với hệ số 0,85.

dùng cho thép austenit chịu nhiệt, chịu nhiệt và chống ăn mòn

03X21H21М4GB, 03X18H11, 03X17H14M3, 08X18H10T, 08X18H12T, 08X17H13M2T, 08X17H15M3T, 12X18H10T, 12X18H12T, 10X17H13M2T, 1 0X17H13M3T, 10X14Г14H4:

1. Đối với nhiệt độ tường thiết kế trung gian, ứng suất cho phép được xác định bằng cách nội suy hai giá trị gần nhất được chỉ ra trong bảng, với kết quả được làm tròn xuống 0,5 MPa gần nhất.
2. Đối với vật rèn được làm bằng các loại thép 12Х18Н10Т, 10Х17Н13M2T, 10Х17Н13М3Т, ứng suất cho phép ở nhiệt độ lên tới 550 °C được nhân với 0,83.
3. Đối với các loại thép cán dài 12Х18Н10Т, 10Х17Н13M2T, 10Х17Н13М3Т, ứng suất cho phép ở nhiệt độ lên tới 550°C được nhân với tỷ lệ (R* p0.2/20) / 240.
   (R* p0.2/20 - cường độ chảy của vật liệu thép cán được xác định theo GOST 5949).
4. Đối với vật rèn và sản phẩm dài làm bằng thép loại 08X18H10T, ứng suất cho phép ở nhiệt độ lên tới 550 ° C được nhân với 0,95.
5. Đối với vật rèn làm bằng thép mác 03X17H14M3, ứng suất cho phép được nhân với 0,9.
6. Đối với vật rèn làm bằng thép mác 03X18H11, ứng suất cho phép nhân với 0,9; đối với các sản phẩm dài làm bằng mác thép 03X18H11 thì ứng suất cho phép nhân với 0,8.
7. Đối với ống làm bằng thép mác 03Х21Н21М4ГБ (ZI-35), ứng suất cho phép nhân với 0,88.
8. Đối với vật rèn làm bằng thép mác 03Х21Н21М4ГБ (ZI-35), ứng suất cho phép được nhân với tỷ lệ (R* p0.2/20) / 250.
   (R* p0.2/20 là cường độ chảy của vật liệu rèn, được xác định theo GOST 25054).
9. Ứng suất cho phép nằm phía dưới đường nằm ngang có giá trị trong thời gian sử dụng không quá 10 5 giờ.

Để có tuổi thọ thiết kế lên tới 2 * 10 5 giờ, điện áp cho phép nằm bên dưới đường ngang được nhân với hệ số 0,9 ở nhiệt độ< 600 °С и на коэффициент 0,8 при температуре от 600 °С до 700 °С включительно.

dùng cho thép chịu nhiệt, chịu nhiệt và chống ăn mòn thuộc loại austenit và austenit-ferit

08Х18Г8Н2Т (KO-3), 07Х13AG20(ChS-46), 02Х8Н22С6(EP-794), 15Х18Н12С4ТУ (EI-654), 06ХН28МДТ, 03ХН28МДТ, 08Х22 Н6Т, 08Х21Н6М2Т:

1. Ở nhiệt độ thiết kế dưới 20°C, ứng suất cho phép được coi là giống như ở 20°C, tùy thuộc vào việc sử dụng vật liệu được phép ở nhiệt độ nhất định.
2. Đối với nhiệt độ tường thiết kế trung gian, ứng suất cho phép được xác định bằng cách nội suy hai giá trị gần nhất được chỉ ra trong bảng này, làm tròn xuống 0,5 MPa gần nhất.

cho nhôm và hợp kim của nó

A85M, A8M, ADM, AD0M, AD1M, AMtsSM, AM-2M, AM-3M, AM-5M, AM-6M:

1. Ứng suất cho phép được đưa ra đối với nhôm và hợp kim của nó ở trạng thái ủ.
2. Ứng suất cho phép được đưa ra cho độ dày của tấm và tấm nhôm A85M, A8M không quá 30 mm, các loại khác - không quá 60 mm.

cho đồng và hợp kim của nó

M2, M3, M3r, L63, LS59-1, LO62-1, LZhMts 59-1-1:

1. Ứng suất cho phép được đưa ra đối với đồng và hợp kim của nó ở trạng thái ủ.
2. Ứng suất cho phép được đưa ra cho độ dày tấm từ 3 đến 10 mm.
3. Đối với các giá trị trung gian của nhiệt độ tường được tính toán, ứng suất cho phép được xác định bằng phép nội suy tuyến tính với việc làm tròn kết quả đến 0,1 MPa về phía giá trị thấp hơn.

cho titan và hợp kim của nó

VT1-0, OT4-0, AT3, VT1-00:

1. Ở nhiệt độ thiết kế dưới 20°C, ứng suất cho phép được lấy giống như ở 20°C, tùy thuộc vào việc cho phép sử dụng vật liệu ở nhiệt độ nhất định.
2. Đối với vật rèn và thanh, ứng suất cho phép được nhân với 0,8.

II. Định nghĩa và ký hiệu:

R e/20 - giá trị tối thiểu của giới hạn chảy ở nhiệt độ 20 °C, MPa; R р0,2/20 - giá trị tối thiểu của cường độ năng suất có điều kiện ở độ giãn dài vĩnh viễn 0,2% ở nhiệt độ 20 ° C, MPa. được phép
sức căng - ứng suất cao nhất có thể được phép trong một kết cấu, tùy thuộc vào hoạt động an toàn, đáng tin cậy và bền bỉ của nó. Giá trị của ứng suất cho phép được thiết lập bằng cách chia độ bền kéo, cường độ chảy, v.v. cho một giá trị lớn hơn một, gọi là hệ số an toàn. tính toán
nhiệt độ - nhiệt độ của thành của thiết bị hoặc đường ống, bằng giá trị nhiệt độ trung bình số học tối đa ở bên ngoài và bên ngoài của nó. bề mặt bên trong trong một phần ở điều kiện làm việc bình thường (đối với các bộ phận của vỏ lò phản ứng hạt nhân nhiệt độ thiết kế được xác định có tính đến sự giải phóng nhiệt bên trong là giá trị tích phân trung bình của phân bố nhiệt độ trên chiều dày của tường nhà (PNAE G-7-002-86, khoản 2.2; PNAE G-7-008-89, phụ lục 1).

Nhiệt độ thiết kế

• ,Khoản 5.1. Nhiệt độ thiết kế được sử dụng để xác định các đặc tính cơ lý của vật liệu và ứng suất cho phép, cũng như khi tính toán cường độ có tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ.
• ,Khoản 5.2. Nhiệt độ thiết kế được xác định trên cơ sở tính toán nhiệt hoặc kết quả thử nghiệm hoặc kinh nghiệm vận hành các tàu tương tự.
• Nhiệt độ thành cao nhất được lấy làm nhiệt độ thiết kế của thành bình hoặc thiết bị. Ở nhiệt độ dưới 20°C, nhiệt độ 20°C được lấy làm nhiệt độ thiết kế khi xác định ứng suất cho phép.
• ,mục 5.3. Nếu không thể thực hiện được tính toán nhiệt hoặc các phép đo, và nếu trong quá trình vận hành, nhiệt độ của thành tăng lên đến nhiệt độ của môi chất tiếp xúc với thành thì nhiệt độ cao nhất của môi chất, nhưng không thấp hơn 20 °C, phải được lấy làm nhiệt độ thiết kế.
• Khi gia nhiệt bằng ngọn lửa trần, khí thải hoặc thiết bị gia nhiệt bằng điện, nhiệt độ thiết kế được lấy bằng nhiệt độ môi trường tăng thêm 20 C đối với gia nhiệt kín và tăng thêm 50 C đối với gia nhiệt trực tiếp, trừ khi có sẵn số liệu chính xác hơn.
• ,mục 5.4. Nếu tàu hoặc thiết bị được vận hành ở nhiều thời điểm nhiều chế độ khác nhauđang tải hoặc các yếu tố khác nhau thiết bị hoạt động trong điều kiện khác nhau, đối với mỗi chế độ, bạn có thể xác định nhiệt độ thiết kế của mình (GOST-52857.1-2007, khoản 5).

III. Ghi chú:

Khối dữ liệu nguồn được đánh dấu màu vàng , khối tính toán trung gian được tô sáng màu xanh lam, khối giải pháp được tô sáng màu xanh lá cây.

Cho phép bạn xác định căng thẳng tột độ(), trong đó vật liệu mẫu bị phá hủy trực tiếp hoặc xảy ra biến dạng dẻo lớn trong đó.

Ứng suất cực đại trong tính toán cường độ

BẰNG điện áp cuối cùng trong tính toán cường độ, những điều sau đây được chấp nhận:

sức mạnh năng suấtđối với vật liệu nhựa (người ta tin rằng sự phá hủy vật liệu nhựa bắt đầu khi xuất hiện các biến dạng dẻo đáng chú ý trong đó)

,

sức căngđối với vật liệu giòn, giá trị của nó khác nhau:

Để cung cấp một bộ phận thực, cần phải chọn kích thước và vật liệu của nó sao cho mức tối đa xảy ra tại một số điểm trong quá trình vận hành nhỏ hơn giới hạn:

Tuy nhiên, ngay cả khi ứng suất tính toán cao nhất ở một bộ phận gần với ứng suất giới hạn thì độ bền của nó vẫn chưa được đảm bảo.

Hoạt động trên một phần không thể được cài đặt đủ chính xác,

ứng suất thiết kế trong một bộ phận đôi khi chỉ có thể được tính toán gần đúng,

Có thể xảy ra sai lệch giữa các đặc tính thực tế và tính toán.

Bộ phận phải được thiết kế với một số thiết kế hệ số an toàn:

.

Rõ ràng là n càng lớn thì phần càng mạnh. Tuy nhiên rất lớn hệ số an toàn dẫn đến lãng phí vật liệu và điều này làm cho chi tiết trở nên nặng nề và không kinh tế.

Tùy thuộc vào mục đích của kết cấu, hệ số an toàn cần thiết được thiết lập.

Tình trạng sức mạnh: độ bền của bộ phận được coi là đảm bảo nếu . Sử dụng biểu thức , hãy viết lại tình trạng sức mạnh BẰNG:

Từ đây bạn có thể có được một hình thức ghi âm khác điều kiện sức mạnh:

Mối quan hệ ở vế phải của bất đẳng thức cuối cùng được gọi là điện áp cho phép:

Nếu ứng suất giới hạn và do đó ứng suất cho phép trong quá trình kéo và nén khác nhau thì chúng được ký hiệu là và. Sử dụng khái niệm điện áp cho phép, Có thể tình trạng sức mạnh công thức như sau: độ bền của một bộ phận được đảm bảo nếu những gì xảy ra trong đó điện áp cao nhất không vượt quá điện áp cho phép.