Загальні принципи прочностных розрахунків

Всі етапи проектування, кожен крок конструктора супроводжується розрахунками. Це природно, тому що грамотно виконаний розрахунок набагато простіше й у сотні разів дешевше експериментальних випробувань.

Найчастіше конструктор має справу з розрахунками на міцність [5, 12, 35].

Розрізняють проектувальні й перевірочні розрахунки.

Проектувальний розрахунок виконується, коли по очікуваних навантаженнях, з урахуванням властивостей матеріалу визначаються геометричні параметри деталей.

Перевірочний розрахунок виконують, коли відома вся "геометрія" деталі й максимальні навантаження, а з урахуванням властивостей матеріалу визначаються максимальні напруги, які повинні бути допуска менше.

Несмотря на такі "провокаційні" назви, варто пам'ятати, що обоє цих виду розрахунків завжди супроводжують один одному й виконуються на стадії проектування деталей і машин.

Математичне формулювання умови міцності будь-якої деталі дуже проста:

s £ [ s ], t £ [ t ].

Або, говорячи технічною мовою:

Завжди, скрізь, при будь-яких обставинах конструктор зобов'язаний ураховувати й забезпечувати такі умови роботи, щоб напруги в матеріалі деталей не перевищували що допускають.

У якості що допускають не можна призначати граничні напруги, при яких наступає руйнування матеріалу.

Різниця між що допускають і граничними напругами схожа на різницю між краєм платформи метро й «білою лінією», проведеної приблизно в напівметрі перед краєм. Перехід через «білу лінію» грозить зауваженням від чергового, а стояння на краю - загибеллю.

Напруги, що допускають, варто приймати менше граничних, "із запасом": [? ] =? _{граничне} / n,

де n - коефіцієнт запасу (звичайно 1,2 < n < 2,5).

У різних обставинах коефіцієнт запасу може бути або заданий замовником, або обраний з довідкових нормативів, або обчислений з урахуванням точності визначення навантажень, однорідності матеріалу й специфічних вимог до надійності машин.

Виконання всіх видів прочностных розрахунків для кожної деталі займе дуже багато часу. Тому інженер повинен спочатку вивчити досвід експлуатації подібних виробів. Це особливо зручно для типових деталей і машин. Варто звернути увагу на те, який вид поломок зустрічається найчастіше. Саме по цьому виді поломок, точніше по зухвалих їхніх напругах, варто виконувати попередньо проектувальний розрахунок. По його результатах будується форма деталі, а перевірочний розрахунок виконується по напругах, що викликає менш небезпечні дефекти.

У розрахунках не слід гнатися за "абсолютною" точністю й використати складні "багатоповерхові" формули. Великий досвід інженерів-розраховувачів показує, що ускладнення методик розрахунку не дає нових результатів.

Найбільший радянський фахівець із прочностным розрахунків деталей машин И. А. Биргер помітив [5], що в технічних розрахунках "все потрібне є простим, а все складне – непотрібним". Втім, схожа думка висловлювалася вже в біблійних текстах, хоча й не із приводу машин.

У розрахунках необхідно прагнути до коректних спрощень.