Онлайн калькулятор по определению допускаемых напряжений материалов: сталей и сплавов алюминия, меди и титана.

Калькулятор онлайн определяет расчетные допускаемые напряжения σ в зависимости от расчетной температуры для различных марок материалов следующих типов: углеродистая сталь, хромистая сталь, сталь аустенитного класса, сталь аустенито-ферритного класса, алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, титан и его сплавы согласно ГОСТ-52857.1-2007 [1].

Помощь на развитие проекта premierdevelopment.ru

Send mail и мы будем знать, что движемся в правильном направлении. Спасибо, что не прошели мимо!

I. Методика расчета:

Допускаемые напряжения были определены согласно ГОСТ-52857.1-2007 [1].

для углеродистых и низколегированных сталей

Ст3, 09Г2С, 16ГС, 20, 20К, 10, 10Г2, 09Г2, 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1:

1. При расчетных температурах ниже 20°С допускаемые напряжения принимают такими же, как и при 20°С, при условии допустимого применения материала при данной температуре.
2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа в сторону меньшего значения.
3. Для стали марки 20 при Re/20e/20 / 220.
4. Для стали марки 10Г2 при Rр0,2/20р0,2/20 / 270.
5. Для стали марок 09Г2С, 16ГС классов прочности 265 и 296 по ГОСТ 19281 допускаемые напряжения независимо от толщины листа определяют для толщины свыше 32 мм.
6. Допускаемые напряжения, расположенные ниже горизонтальной черты, действительны при ресурсе не более 105 ч. Для расчетного срока эксплуатации до 2*105 ч допускаемое напряжение, расположенное ниже горизонтальной черты, умножают на коэффициент: для углеродистой стали на 0,8; для марганцовистой стали на 0,85 при температуре < 450 °С и на 0,8 при температуре от 450 °С до 500 °С включительно.

для теплоустойчивых хромистых сталей

12XM, 12MX, 15XM, 15X5M, 15X5M-У:

1. При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как при 20 °С при условии допустимого применения материала при данной температуре.
2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа в сторону меньшего значения.
3. Допускаемые напряжения, расположенные ниже горизонтальной черты, действительны при ресурсе 105 ч. Для расчетного срока эксплуатации до 2*105 ч допускаемое напряжение, расположенное ниже горизонтальной черты, умножают на коэффициент 0,85.

Что это за показатель?

Предельное напряжение материала — это максимальная сила разрывного натяжения, которую необходимо приложить на площадь его поперечного сечения, которому он сможет сопротивляться до полного своего разрушения или излома. Простая формула расчета выглядит так: напряжение равно силе, деленной на площадь. Из нее видно, что, чем больше площадь, тем меньшую силу нужно приложить. Это же справедливо и наоборот. Чем меньше поперечное сечение заготовки, тем больше усилия потребуется, чтобы сломать ее.

Однако показатели жесткости у разных материалов не одинаковые. Одни обладают хрупкостью, другие — эластичностью. Предельно допустимое напряжение для каждого определяется с помощью механических испытаний. Результат считается достигнутым, когда на поверхности образца появляются внешние признаки нарушения целостности. Они могут выражаться в виде разрушения или излома. Для последнего применяется термин «предел текучести». Первое говорит о хрупкости, второе — о пластичности.

Оба понятия связаны с предельным напряжением, при котором нарушается прочность материала. Рассмотрим более подробно, как разграничены эти два понятия.

для жаропрочных, жаростойких и коррозионно-стойких сталей аустенитного класса

03X21H21М4ГБ, 03X18H11, 03X17H14M3 , 08X18H10T, 08X18H12T, 08X17H13M2T, 08X17H15M3T, 12X18H10T, 12X18H12T, 10X17H13M2T, 10X17H13M3T, 10X14Г14H4:

1. При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как и при 20 °С, при условии допустимого применения материала при данной температуре.
2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют интерполяцией двух ближайших значений, указанных в таблице, с округлением результатов до 0,5 МПа в сторону меньшего значения.
3. Для поковок из стали марок 12Х18Н10Т, 10X17H13M2T, 10Х17Н13М3Т допускаемые напряжения при температурах до 550 °С умножают на 0,83.
4. Для сортового проката из стали марок 12Х18Н10Т, 10X17H13M2T, 10Х17Н13М3Т допускаемые напряжения при температурах до 550 °С умножают на отношение (R*p0,2/20) / 240. (R*p0,2/20 — предел текучести материала сортового проката определен по ГОСТ 5949).
5. Для поковок и сортового проката из стали марки 08X18H10T допускаемые напряжения при температурах до 550 °С умножают на 0,95.
6. Для поковок из стали марки 03X17H14M3 допускаемые напряжения умножают на 0,9.
7. Для поковок из стали марки 03X18H11 допускаемые напряжения умножают на 0,9; для сортового проката из стали марки 03X18H11 допускаемые напряжения умножают на 0,8.
8. Для труб из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) допускаемые напряжения умножают на 0,88.
9. Для поковок из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) допускаемые напряжения умножают на отношение (R*p0,2/20) / 250. (R*p0,2/20 — предел текучести материала поковок, определен по ГОСТ 25054).
10. Допускаемые напряжения, расположенные ниже горизонтальной черты, действительны при ресурсе не более 105 ч.

Для расчетного срока эксплуатации до 2*105 ч допускаемое напряжение, расположенное ниже горизонтальной черты, умножают на коэффициент 0,9 при температуре < 600 °С и на коэффициент 0,8 при температуре от 600 °С до 700 °С включительно.

Расчет напряжений

Возникающий в поперечных сечениях при чистом прямом изгибе изгибающий момент Mx представляет собой равнодействующий момент внутренних нормальных сил, распределенных по сечению и вызывающих нормальные напряжения в точках сечения.

Нейтральная ось при изгибе проходит через центр тяжести поперечного сечения.

По вышеуказанной формуле, нормальные напряжения по высоте сечения изменяются по линейному закону.

Наибольшие значения имеют напряжения у верхнего и нижнего краев сечения.

Например, для симметричного относительно нейтральной оси сечения, где y1=y2=h/2:

Знаки нормальных напряжений при их расчете, рекомендуется определять по физическому смыслу в зависимости от того, растянуты или сжаты рассматриваемые слои балки.

для титана и его сплавов

ВТ1-0, ОТ4-0, АТ3, ВТ1-00:

1. При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как при 20 °С, при условии допустимости применения материала при данной температуре.
2. Для поковок и прутков допускаемые напряжения умножаются на 0,8.

II. Определения и обозначения:

Re/20 — минимальное значение предела текучести при температуре 20 °C, МПа; Rр0,2/20 — минимальное значение условного предела текучести при остаточном удлинении 0,2% при температуре 20 °С, МПа. допускаемое напряжение — наибольшие напряжения, которые можно допустить в конструкции при условии его безопасной, надежной и долговечной работы. Значение допускаемого напряжения устанавливается путем деления предела прочности, предела текучести и пр. на величину, большую единицы, называемую коэффициентом запаса. расчетная температура — температура стенки оборудования или трубопровода, равная максимальному среднеарифметическому значению температур на его наружной и внутренней поверхностях в одном сечении при нормальных условиях эксплуатации (для частей корпусов ядерных реакторов расчетная температура определяется с учетом внутренних тепловыделений как среднеинтегральное значение распределения температур по толщине стенки корпуса (ПНАЭ Г-7-002-86, п.2.2; ПНАЭ Г-7-008-89, прил.1).

Расчетная температура

• [1],п.5.1. Расчетную температуру используют для определения физико-механических характеристик материала и допускаемых напряжений, а также при расчете на прочность с учетом температурных воздействий.
• [1],п.5.2. Расчетную температуру определяют на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний, или опыта эксплуатации аналогичных сосудов.
• За расчетную температуру стенки сосуда или аппарата принимают наибольшую температуру стенки. При температуре ниже 20 °С за расчетную температуру при определении допускаемых напряжений принимают температуру 20 °С.
• [1],п.5.3. Если невозможно провести тепловые расчеты или измерения и если во время эксплуатации температура стенки повышается до температуры среды, соприкасающейся со стенкой, то за расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды, но не ниже 20 °С.
• При обогреве открытым пламенем, отработанными газами или электронагревателями расчетную температуру принимают равной температуре среды, увеличенной на 20 °С при закрытом обогреве и на 50 °С при прямом обогреве, если нет более точных данных.
• [1],п.5.4. Если сосуд или аппарат эксплуатируются при нескольких различных режимах нагружения или разные элементы аппарата работают в разных условиях, для каждого режима можно определить свою расчетную температуру (ГОСТ-52857.1-2007, п.5).

III. Примечание:

Блок исходных данных выделен желтым цветом, блок промежуточных вычислений выделен голубым цветом, блок решения выделен зеленым цветом.

Предельные напряжения. Предельные и допустимые напряжения

Исходные данные:

Определение вспомогательных переменных:

Допускаемое напряжение
…идет определение допускаемого напряжения…
МПа — стандарное значение

Методика расчета:

1. Допускаемые напряжения были определены согласно ГОСТ-52857.1-2007 .

Определения:

Допускаемые напряжения:

Допускаемое напряжение — это наибольшие напряжения, которые можно допустить в конструкции при условии его безопасной, надежной и долговечной работы. Значение допускаемого напряжения устанавливается путем деления предела прочности, предела текучести и пр. на величину, большую единицы, называемую коэффициентом запаса.

Расчетная температура

Расчетная температура — температура стенки оборудования или трубопровода, равная максимальному среднеарифметическому значению температур на его наружной и внутренней поверхностях в одном сечении при нормальных условиях эксплуатации (для частей корпусов ядерных реакторов расчетная температура определяется с учетом внутренних тепловыделений как среднеинтегральное значение распределения температур по толщине стенки корпуса (ПНАЭ Г-7-002-86 , п.2.2; ПНАЭ Г-7-008-89 , прил.1)

,п.5 Расчетная температура

,п.5.1. Расчетную температуру используют для определения физико-механических характеристик материала и допускаемых напряжений, а также при расчете на прочность с учетом температурных воздействий. ,п.5.2. Расчетную температуру определяют на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний, или опыта эксплуатации аналогичных сосудов. За расчетную температуру стенки сосуда или аппарата принимают наибольшую температуру стенки. При температуре ниже 20 °С за расчетную температуру при определении допускаемых напряжений принимают температуру 20 °С. ,п.5.3. Если невозможно провести тепловые расчеты или измерения и если во время эксплуатации температура стенки повышается до температуры среды, соприкасающейся со стенкой, то за расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды, но не ниже 20 °С. При обогреве открытым пламенем, отработанными газами или электронагревателями расчетную температуру принимают равной температуре среды, увеличенной на 20 °С при закрытом обогреве и на 50 °С при прямом обогреве, если нет более точных данных. ,п.5.4. Если сосуд или аппарат эксплуатируются при нескольких различных режимах нагружения или разные элементы аппарата работают в разных условиях, для каждого режима можно определить свою расчетную температуру. (ГОСТ-52857.1-2007 , п.5)

Примечание:

для углеродистых и низколегированных сталей Ст3, 09Г2С, 16ГС, 20, 20К, 10, 10Г2, 09Г2, 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1:

1. При расчетных температурах ниже 20°С допускаемые напряжения принимают такими же, как и при 20°С, при условии допустимого применения материала при данной температуре.

3. Для стали марки 20 при R e/20 4. Для стали марки 10Г2 при R р0,2/20 5. Для стали марок 09Г2С, 16ГС классов прочности 265 и 296 по ГОСТ 19281 допускаемые напряжения независимо от толщины листа определяют для толщины свыше 32 мм. 6. Допускаемые напряжения, расположенные ниже горизонтальной черты, действительны при ресурсе не более 10 5 ч. Для расчетного срока эксплуатации до 2*10 5 ч допускаемое напряжение, расположенное ниже горизонтальной черты, умножают на коэффициент: для углеродистой стали на 0,8; для марганцовистой стали на 0,85 при температуре

для теплоустойчивых хромистых сталей 12XМ, 12МХ, 15ХМ, 15Х5М, 15Х5М-У:

1. При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как при 20 °С при условии допустимого применения материала при данной температуре. 2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа в сторону меньшего значения. 3. Допускаемые напряжения, расположенные ниже горизонтальной черты, действительны при ресурсе 10 5 ч. Для расчетного срока эксплуатации до 2*10 5 ч допускаемое напряжение, расположенное ниже горизонтальной черты, умножают на коэффициент 0,85.

для жаропрочных, жаростойких и коррозионно-стойких сталей аустенитного класса 03Х21Н21М4ГБ, 03X18H11, 03X17H14M3 , 08X18H10T, 08X18H12T, 08X17H13M2T, 08X17H15M3T, 12X18H10T, 12X18H12T, 10X17H13M2T, 10X17H13M3T, 10Х14Г14Н4:

2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют интерполяцией двух ближайших значений, указанных в таблице, с округлением результатов до 0,5 МПа в сторону меньшего значения. 3. Для поковок из стали марок 12Х18Н10Т, 10X17H13M2T, 10Х17Н13М3Т допускаемые напряжения при температурах до 550 °С умножают на 0,83. 4. Для сортового проката из стали марок 12Х18Н10Т, 10X17H13M2T, 10Х17Н13М3Т допускаемые напряжения при температурах до 550 °С умножают на отношение (R* p0,2/20) / 240 (R* p0,2/20 — предел текучести материала сортового проката определен по ГОСТ 5949). 5. Для поковок и сортового проката из стали марки 08X18H10T допускаемые напряжения при температурах до 550 °С умножают на 0,95. 6. Для поковок из стали марки 03X17H14M3 допускаемые напряжения умножают на 0,9. 7. Для поковок из стали марки 03X18H11 допускаемые напряжения умножают на 0,9; для сортового проката из стали марки 03X18H11 допускаемые напряжения умножают на 0,8. 8. Для труб из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) допускаемые напряжения умножают на 0,88. 9. Для поковок из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) допускаемые напряжения умножают на отношение (R* p0,2/20) / 250 (R* p0,2/20 — предел текучести материала поковок, определен по ГОСТ 25054). 10. Допускаемые напряжения, расположенные ниже горизонтальной черты, действительны при ресурсе не более 10 5 ч. Для расчетного срока эксплуатации до 2*10 5 ч допускаемое напряжение, расположенное ниже горизонтальной черты, умножают на коэффициент 0,9 при температуре

для жаропрочных, жаростойких и коррозионно-стойких сталей аустенитного и аустенитно-ферритного класса 08Х18Г8Н2Т (КО-3), 07Х13АГ20(ЧС-46), 02Х8Н22С6(ЭП-794), 15Х18Н12С4ТЮ (ЭИ-654), 06ХН28МДТ, 03ХН28МДТ, 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т: 1. При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как и при 20 °С, при условии допустимого применения материала при данной температуре. 2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют интерполяцией двух ближайших значений, указанных в настоящей таблице, с округлением до 0,5 МПа в сторону меньшего значения.

для алюминия и его сплавов А85М, А8М, АДМ, АД0М, АД1М, АМцСМ, АМr2М, АМr3М, АМr5М, АМr6М:

1. Допускаемые напряжения приведены для алюминия и его сплавов в отожженном состоянии. 2. Допускаемые напряжения приведены для толщин листов и плит алюминия марок А85М, А8М не более 30 мм, остальных марок — не более 60 мм.

для меди и ее сплавов М2, М3, М3р, Л63, ЛС59-1, ЛО62-1, ЛЖМц 59-1-1:

1. Допускаемые напряжения приведены для меди и ее сплавов в отожженном состоянии. 2. Допускаемые напряжения приведены для толщин листов от 3 до 10 мм. 3. Для промежуточных значений расчетных температур стенки допускаемые напряжения определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,1 МПа в сторону меньшего значения.

для титана и его сплавов ВТ1-0, ОТ4-0, АТ3, ВТ1-00:

1. При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как при 20 °С, при условии допустимости применения материала при данной температуре. 2. Для поковок и прутков допускаемые напряжения умножаются на 0,8.

Сокращения и обозначения:

R e/20 — минимальное значение предела текучести при температуре 20 °С, МПа; R р0,2/20 — минимальное значение условного предела текучести при остаточном удлинении 0,2% при температуре 20 °С, МПа;

Предельным напряжением

считают напряжение, при котором в материале возникает опасное состояние (разрушение или опасная деформация).

Для пластичных

материалов предельным напряжением счита­ют
предел текучести,
т.к. возникающие пластические деформации не исчезают после снятия нагрузки:

Для хрупких

материалов, где пластические деформации отсут­ствуют, а разрушение возникает по хрупкому типу (шейки не обра­зуется), за предельное напряжение принимают
предел прочности:
Для пластично-хрупких

материалов предельным напряжением считают напряжение, соответствующее максимальной деформации 0,2% (сто,2):

Допускаемое напряжение

— максимальное напряжение, при ко­тором материал должен нормально работать.

Допускаемые напряжения получают по предельным с учетом запаса прочности:

где [σ] — допускаемое напряжение; s

— коэффициент запаса прочно­сти; [s] — допускаемый коэффициент запаса прочности.

Примечание.

В квадратных скобках принято обозначать допускаемое значение величины.

Допускаемый коэффициент запаса прочности

зависит от каче­ства материала, условий работы детали, назначения детали, точно­сти обработки и расчета и т. д.

Он может колебаться от 1,25 для простых деталей до 12,5 для сложных деталей, работающих при переменных нагрузках в услови­ях ударов и вибраций.

Особенности поведения материалов при испытаниях на сжатие:

1. Пластичные материалы практически одинаково работают при растяжении и сжатии. Механические характеристики при растяже­нии и сжатии одинаковы.

2. Хрупкие материалы обычно обладают большей прочностью при сжатии, чем при растяжении: σ вр

Если допускаемое напряжение при растяжении и сжатии раз­лично, их обозначают [σ р ] (растяжение), [σ с ] (сжатие).

Расчеты на прочность при растяжении и сжатии

Расчеты на прочность ведутся по условиям прочности — нера­венствам, выполнение которых гарантирует прочность детали при данных условиях.

Для обеспечения прочности расчетное напряжение не должно превышать допускаемого напряжения:

Расчетное напряжение а

зависит
от нагрузки и размеров
попе­речного сечения, допускаемое только
от материала детали
и усло­вий работы.

Существуют три вида расчета на прочность.

1.
Проектировочный расчет
— задана расчетная схема и на­грузки;
материал или размеры детали подбираются:
Определение размеров поперечного сечения:

Подбор материала

по величине σ пред можно подобрать марку материала.

2. Проверочный расчет —

известны нагрузки, материал, раз­меры детали; необходимо
проверить, обеспечена ли прочность.
Проверяется неравенство

3. Определение нагрузочной способности

(максимальной нагрузки):

Примеры решения задач

Прямой брус растянут силой 150 кН (рис. 22.6), материал — сталь σ т = 570 МПа, σ в = 720 МПа, запас прочности [s] = 1,5. Определить размеры поперечного сечения бруса.

Решение

1. Условие прочности:

2. Потребная площадь поперечного сече­ния определяется соотношением

3. Допускаемое напряжение для материала рассчитывается из заданных механических характеристик. Наличие предела текучести означает, что материал — пластичный.

4. Определяем величину потребной площади поперечного сече­ния бруса и подбираем размеры для двух случаев.

Сечение — круг, определяем диаметр.

Полученную величину округляем в большую сторону d =

25 мм, А = 4,91 см 2 .

Сечение — равнополочный уголок № 5 по ГОСТ 8509-86.

Ближайшая площадь поперечного сечения уголка — А = 4,29 см 2 (d = 5 мм). 4,91 > 4,29 (Приложение 1).

Контрольные вопросы и задания

1. Какое явление называют текучестью?

2. Что такое «шейка», в какой точке диаграммы растяжения она образуется?

3. Почему полученные при испытаниях механические характе­ристики носят условный характер?

4. Перечислите характеристики прочности.

5. Перечислите характеристики пластичности.

6. В чем разница между диаграммой растяжения, вычерченной автоматически, и приведенной диаграммой растяжения?

7. Какая из механических характеристик выбирается в качестве предельного напряжения для пластичных и хрупких материалов?

8. В чем различие между предельным и допускаемым напряже­ниями?

9. Запишите условие прочности при растяжении и сжатии. Отли­чаются ли условия прочности при расчете на растяжение и расчете на сжатие?

Ответьте на вопросы тестового задания.
Для определения допускаемых напряжений в машиностроении применяют следующие основные методы. 1. Дифференцированный запас прочности находят как произведение ряда частных коэффициентов, учитывающих надежность материала, степень ответственности детали, точность расчетных формул и действующие силы и другие факторы, определяющие условия работы деталей. 2. Табличный – допускаемые напряжения принимают по нормам, систематизированным в виде таблиц (табл. 1 – 7). Этот метод менее точен, но наиболее прост и удобен для практического пользования при проектировочных и проверочных прочностных расчетах.

В работе конструкторских бюро и при расчетах деталей машин применяются как дифференцированный, так и. табличный методы, а также их комбинация. В табл. 4 – 6 приведены допускаемые напряжения для нетиповых литых деталей, на которые не разработаны специальные методы расчета и соответствующие им допускаемые напряжения. Типовые детали (например, зубчатые и червячные колеса, шкивы) следует рассчитывать по методикам, приводимым в соответствующем разделе справочника или специальной литературе.

Приведенные допускаемые напряжения предназначены для приближенных расчетов только на основные нагрузки. Для более точных расчетов с учетом дополнительных нагрузок (например, динамических) табличные значения следует увеличивать на 20 – 30 %.

Допускаемые напряжения даны без учета концентрации напряжений и размеров детали, вычислены для стальных гладких полированных образцов диаметром 6-12 мм и для необработанных круглых чугунных отливок диаметром 30 мм. При определении наибольших напряжений в рассчитываемой детали нужно номинальные напряжения σ ном и τ ном умножать на коэффициент концентрации k σ или k τ :

1. Допускаемые напряжения* для углеродистых сталей обыкновенного качества в горячекатаном состоянии

2. Механические свойства и допускаемые напряжения углеродистых качественных конструкционных сталей

3. Механические свойства и допускаемые напряжения легированных конструкционных сталей

4. Механические свойства и допускаемые напряжения для отливок из углеродистых и легированных сталей

5. Механические свойства и допускаемые напряжения для отливок из серого чугуна

6. Механические свойства и допускаемые напряжения для отливок из ковкого чугуна

Для пластичных (незакаленных) сталей

при статических напряжениях (I вид нагрузки) коэффициент концентрации не учитывают. Для однородных сталей (σ в > 1300 МПа, а также в случае работы их при низких температурах) коэффициент концентрации, при наличии концентрации напряжения, вводят в расчет и при нагрузках
I
вида (k > 1). Для пластичных сталей при действии переменных нагрузок и при наличии концентрации напряжений эти напряжения необходимо учитывать.

Для чугунов

в большинстве случаев коэффициент концентрации напряжений приближенно принимают равным единице при всех видах нагрузок (I – III). При расчетах на прочность для учета размеров детали приведенные табличные допускаемые напряжения для литых деталей следует умножать на коэффициент масштабного фактора, равный 1,4 … 5.

Приближенные эмпирические зависимости пределов выносливости для случаев нагружения с симметричным циклом:

для углеродистых сталей:

– при изгибе,
σ -1 =(0,40÷0,46)σ в
;
σ -1р =(0,65÷0,75)σ -1
; – при кручении,
τ -1 =(0,55÷0,65)σ -1
;

для легированных сталей:

– при изгибе,
σ -1 =(0,45÷0,55)σ в
; – при растяжении или сжатии,
σ -1р =(0,70÷0,90)σ -1
; – при кручении,
τ -1 =(0,50÷0,65)σ -1
;

для стального литья:

– при изгибе,
σ -1 =(0,35÷0,45)σ в
; – при растяжении или сжатии,
σ -1р =(0,65÷0,75)σ -1
; – при кручении,
τ -1 =(0,55÷0,65)σ -1
.

Механические свойства и допускаемые напряжения антифрикционного чугуна:

– предел прочности при изгибе 250 – 300 МПа, – допускаемые напряжения при изгибе: 95 МПа для I; 70 МПа – II: 45 МПа – III, где I. II, III – обозначения видов нагрузки, см. табл. 1.

Ориентировочные допускаемые напряжения для цветных металлов на растяжение и сжатие. МПа:

– 30…110 – для меди; – 60…130 – латуни; – 50…110 – бронзы; – 25…70 – алюминия; – 70…140 – дюралюминия.

Коэффициент запаса прочности какого-либо элемента конструкции равен отношению предельной нагрузки, вызывает потерю прочности элемента, к нагрузке, что создает допустимое напряжение. При этом под потерей прочности понимается не только разрушение элемента, но и появление в нем остаточных деформаций. Поэтому для элемента конструкции, выполненного из пластичного материала, предельным напряжением предел текучести. В большинстве случаев рабочие напряжения в элементах конструкции пропорциональны нагрузкой, а потому коэффициент запаса определяется как отношение предела прочности к допускаемому напряжению (коэффициент запаса по пределу прочности). Так, если предел прочности конструкционной стали равна 540 МПа, а допустимое напряжение — 180 МПа, то коэффициент запаса равен 3.

Допустимое (допустимое) напряжение — это значение напряжения, которое считается предельно приемлемым при исчислении размеров поперечного сечения элемента, рассчитываемый на заданную нагрузку. Можно говорить о допускаемых напряжениях растяжения, сжатия и сдвига. Допустимые напряжения или предлагаются компетентной инстанцией (скажем, отделом мостов управления железной дороги) , или выбираются конструктором, осведомленным свойства материала и условия его применения. Допускаемым напряжением ограничивается максимальное рабочее напряжение конструкции.

В сопротивлении материалов большое внимание уделяется выводу соотношений между заданными нагрузками, размерами и формой элемента несущей конструкции эти нагрузки или опорного им, и напряжениями, возникающими в определенных сечениях элемента конструкции. Как правило, цель расчетов заключается в том, чтобы найти необходимые размеры элемента, при которых максимальное рабочее напряжение в нем не будет превышать допускаемого.

При проектировании конструкций ставится цель создать конструкцию, которая, будучи надежной, в то же время была бы предельно легкой и экономичной. Надежность обеспечивается тем, что каждому элементу предоставляют такие размеры, при которых максимальное рабочее напряжение в нем будет в определенной степени меньше напряжения, вызывает потерю прочности этим элементом. Потеря прочности не обязательно означает разрушение. Машина или строительная конструкция считается отказала, когда она не может удовлетворительно выполнять свою функцию. Деталь из пластичного материала, как правило, теряет прочность, когда напряжение в ней достигает предела текучести, так как при этом из-за слишком большой деформации детали машина или конструкция перестает соответствовать своему назначению. Если же деталь выполнена из хрупкого материала, то она почти не деформируется, и потеря ею прочности совпадает с ее разрушением.

1.4.10. Для елементовсосудов и аппаратов, рассчитываются не по предельным нагрузкам (например, фланцевых соединений) допускаемые напряжения должны определять посоответствующей нормативно -технической документации, утвержденной в установленном порядке.

Предел ползучести используютдля определения допустимого напряжения в тех случаях, когда отсутствуют данниепо пределы длительной прочности или по условиям эксплуатации необходимоограничить величину деформации (перемещения).

4.3 В основу методов расчета на прочностьбольшинства элементов сосудов принят метод расчета по предельным нагрузкам. Дляудобства расчета коэффициенты запаса прочности до предельных нагрузкамучитиваются при определении допустимых напряжений. Для отдельных элементов (например, фланцевых соединений) или условий нагрузки, например припеременних нагрузках, расчет ведется по допускаемым напряжениям.

Так как детали и сооружения в целом должны безопасно работать и при этих неблагоприятных условиях, то необходимо принять определенные меры предосторожности. С этой целью напряжения, обеспечивают безотказную работу (эксплуатации) машины или любого другого сооружения, должны быть ниже тех предельных напряжений, при которых может произойти разрушение или возникнуть пластические деформации.

При постройке вагонов широко применяются углеродистые и низколегированные стали. Для изготовления основных несущих элементов вагонов (рам тележек, позвоночных и шкворневых балок, каркаса и обшивки кузова) наибольшее применение имеет низколегированная сталь марки 09Г2Д, обладающий повышенной прочностью и коррозионной стойкостью. При строительстве новых грузовых вагонов в десятой пятилетке будут использованы и низколегированные стали 10ХНДП и 10Г25Д.

Допустимые напряжения и коэффициенты запаса прочности для резьбовых соединений приведены в таблицах 1.2 и 1.3. Они учитывают точность расчетных формул, характер нагрузки, качество монтажа соединения (контролируемая или неконтролируемая затяжка) и т.д.

При выборе материала учитывают условия работы (температуру, коррозию и т.п.), значение и характер нагрузки (статическая или переменная), способ изготовления и объем производства. Например, стандартные крепежные изделия общего назначения изготавливают из низко- и среднеуглеродистых сталей типа сталь 10… сталь 35. Эти дешевые стали позволяют производить большие партии болтов, винтов и гаек методом холодной высадки или штамповки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали 35Х, 30ХГСА применяют для высоконагруженных деталей при переменных и ударных нагрузках, при высоких температурах, в агрессивных средах и т.д.

В тех случаях, когда увеличение массы конструкции, связанное с увеличением диаметра болтов, является неоправданным (например, авиастроение) , применяют контролируемую затяжку. Возможность значительного увеличения статической нагрузки болтов из стали 20 при контролируемой затяжке показана в таблице 1.4.