Следует различать расчеты на статическую прочность, расчеты на ограниченную и неограниченную выносливость.
· Расчет на статическую прочность проводится, когда основная нагрузка - статическая и переменная составляющая в процессе эксплуатации незначительна. Например, тяжелые сооружения, резервуары и сосуды длительного хранения и т.д. В этом случае производится расчет напряжений, определяются максимальные эквивалентные напряжения и сравниваются с допускаемыми напряжениями . Условие прочности
. (2.1)
Эквивалентные напряжения вычисляются по рекомендуемой в данной отрасли технике теории:
- теории наибольших касательных напряжений
, (2.2)
- энергетической теории
, (2.3)
- или теории прочности Мора
. (2.4)
Допускаемые напряжения определяются как
. (2.5)
· Расчет на ограниченную выносливость проводится в тех случаях, когда наблюдаются значительные переменные нагрузки, повторяющиеся (106…107) раз за период эксплуатации. Например, в технологических емкостях и сосудах, при пуске и остановке машинного агрегата. Здесь разрушение происходит после накопления некоторых повреждений в материале (усталостное разрушение) и лишь «доломка» происходит статически. В момент разрушения гипотеза сплошности не применима, а значит, не возможен и расчет по гипотезам статической прочности. Для каждого материала экспериментально определяются отдельно предельные значения нормальных и касательных напряжений , где - параметр цикла нагружения и требуемая долговечность. Запас прочности вычисляется по гипотезе Гаффа-Полларда как
|
|
, (2.6)
где
, (2.7)
. (2.8)
· Расчет на неограниченную выносливость проводится в тех случаях, когда наблюдаются значительные переменные нагрузки, повторяющиеся (107…108) раз. Запас прочности вычисляется по формуле:
, (2.9)
где
, (2.10)
. (2.11)
· Учет факторов, влияющих на выносливость
Качество обработки поверхности детали, ее размеры, наличие концентраторов напряжений, оказывают существенное влияние на истинные напряжения в сечении. Причем, поправки необходимо вносить в переменную составляющую напряжений sа, а не в sm (постоянную составляющую).
Резкие изменения сечения детали – проточки, канавки, отверстия, галтели, значительно снижают предел выносливости, что учитывается эффективным коэффициентом концентрации напряжений
, (2.12)
т. е. отношением предела выносливости стандартного образца при симметричном цикле к пределу выносливости для образца с концентратором напряжений. Эффективный коэффициент концентрации напряжений определяется экспериментально и заносится в справочники.
Следует отметить, что различные материалы по-разному реагируют на наличие концентраторов напряжений. Чугун, например, мало чувствителен к концентраторам напряжений.
|
|
Деталь, отличающаяся по размерам от стандартного образца, будет иметь иной предел выносливости, за счет большей вероятности металлографических дефектов в большем объеме металла, так называемого масштабного фактора.
Масштабный коэффициент равен отношению предела выносливости при симметричном цикле для реальной детали к пределу выносливости, при том же цикле для стандартного образца
. (2.13)
Если для образца Æ10 мм – eм=1, то для детали Æ60 мм – eм= 0,75; Æ100 мм – eм=0,65; Æ200 мм – eм=0,5.
Коэффициент качества поверхности учитывает изменение предела выносливости, в зависимости от класса чистоты обработки поверхности детали, от качества поверхности после дополнительной обработки ее тем или иным способом.
. (2.14)
Стандартный образец имеет шлифованную поверхность, для детали с полированной поверхностью eп > 1, для детали после обработки резцом eп < 1.
В приведенных выше зависимостях значение sа следует вычислять как
. (2.15)
Аналогично,
. (2.16)