4.1.1.Критерии оценки конструкционной прочности материалов

Конструкционная прочность - ком­плексная характеристика, включающая сочетание критериев прочности, надеж­ности и долговечности.

Критерии прочностиматериала выби­рают в зависимости от условий его ра­боты. Критериями механической прочности при стати­стических нагрузках являются времен­ное сопротивление или предел теку­чести, характеризующие сопро­тивление материала пластической деформации. Для приближен­ной оценки статической прочности ис­пользуют твердость по Бринеллю НВ.

Для ограничения упругой деформации материал должен обладать высоким мо­дулем упругости (или сдвига), являю­щимся критерием его жесткости. Имен­но критерии жесткости, а не прочности обусловливают размеры станин стан­ков, корпусов редукторов и других дета­лей, от которых требуется сохранение точных размеров и формы.

Возможно и противоположное требо­вание. Для пружин, мембран и других упругих элементов при­боров, наоборот, важно обеспечить большие упругие перемещения. В этих случаях материал должен обладать большим пределом упругости.

Для материалов, используемых в авиационной и ракетной технике, важ­ное значение имеет плотность мате­риала, удельная прочность.

По величине выбранных критериев прочности рассчитывают допустимые рабочие напряжения. При этом, чем больше прочность материала, тем боль­ше допустимые рабочие напряжения и тем самым меньше размеры и масса детали.

Надежность– свойство материала противостоять хрупкому разрушению. Хрупкое разрушение вызывает вне­запный отказ деталей в условиях эксплуатации. Оно считается наиболее опасным из-за протекания с большой скоростью, а также возможных аварийных последствий.

Для предупреждения хрупкого разру­шения конструкционные материалы должны обладать достаточной пластич­ностью и ударной вязкостью. Необходимо также учитывать то, что в условиях эксплуатации действуют факторы, увеличивающие опасность хрупкого разрушения: концентраторы напряжений (над­резы), понижение температуры, ударные нагрузки.

Долговечность– свойство материала сопротивляться развитию постепенного разрушения, обеспечивая работоспособность деталей в течение заданного времени. Причины потери работоспособности разнообразны: развитие процессов усталости, изнаши­вания, ползучести, коррозии, радиацион­ного разбухания и пр. Эти процессы вызывают постепенное накопление не­обратимых повреждений в материале и его разрушение.

Выносли­вость или циклическая долговечность характе­ризует работоспособность материала в условиях многократно повторяющих­ся циклов напряжений. Большинство деталей машин испыты­вает длительные циклические нагрузки. Критерий их прочности - предел вынос­ливости. Процессы постепенного накопления повреждений в материале под дей­ствием циклических нагрузок, приводя­щие к изменению его свойств, образова­нию трещин, их развитию и разруше­нию, называют усталостью, а свойство противостоять усталости выносли­востью.

Износостойкость- свойство материа­ла оказывать в определенных условиях трения сопротивление изнашиванию. Изнашивание - процесс постепенного разрушения поверхностных слоев мате­риала под действием сил трения. Результат изна­шивания называют износом. Его опре­деляют по изменению размеров, уменьшению объема или массы.

Таким образом, в качестве критериев конструкционной прочности выбирают те характеристики, которые наиболее полно соответствуют условиям эксплуатации.