В. А. Жилкин

позволяющий нагружать образец независимыми главными напряжениями.

а

б

Рис. 6.25

Схема трехосных испытаний позволяет с наибольшей точностью определить как деформационные, так и прочностные характеристики почв, используемые для различных моделей. Однако конструкции приборов и методики экспериментов при этом существенно усложняются по сравнению с компрессионными и сдвиговыми испытаниями. Схемы стабилометрического нагружения и нагружения независимыми главными напряжениями применяются для исследовательских целей или в особо сложных случаях. В производственных условиях для определения характеристик деформационных и прочностных свойств пользуются, как правило, компрессионными и сдвиговыми испытаниями почв.

6.8. Расчетные, предельные, допускаемые напряжения

Механические испытания материалов позволяют определить те напряжения, при которых образец из данного материала разрушается или в нем возникают заметные пластические деформации. Эти напряжения называются

предельными (или опасными).

Итак, предельные (или опасные) напряжения – напряжения, при достижении которых появляются признаки разрушения или возникают пластические деформации.

246

пред

ГЛАВА6 Механические характеристики материалов

В связи с этим в машиностроении за предельные напряжения принимают:

для пластичных материалов пред т ;

для хрупких материалов пред в .

Деление конструкционных материалов на пластические

ихрупкие условно. Эта классификация относится к свойствам материала при одноосном растяжении (сжатии) в нормальных условиях (малая скорость нагружения, комнатная температура и т. п.). Изменение характера нагружения и условий работы существенно влияет на свойства материалов: например, материал, пластичный при нормальной температуре, становится хрупким при низкой температуре. Правильнее говорить не о пластичном и хрупком материале, а о пластичном

ихрупком состояниях материала.

Для обеспечения прочности элементов конструкции необходимо так выбрать их размеры и материал, чтобы возникающие в них при эксплуатационных нагрузках напряжения были меньше предельных. Конечно, если наибольшие рабочие напряжения в детали близки к предельным (хотя и меньше их), прочность детали гарантировать нельзя, т. к. возможно отклонение действительных нагрузок при эксплуатации конструкции от расчетных; расчетные формулы зачастую приближенны; механические свойства материала

детали могут отличаться от свойств лабораторных образцов. Расчетные напряжения – напряжения, полученные

в результате расчета (по принятой расчетной схеме элемента) в рассматриваемом элементе конструкции под действием приложенных к нему нагрузок.

Отношение предельного напряжения к наибольшему расчетному напряжению max , возникающему в эле-

менте конструкции при эксплуатационной нагрузке, обозначают буквой n и называют коэффициентом запаса прочности:

n	пред	.	(6.13)
	max

247

В. А. Жилкин

Из сказанного выше следует, что величина n должна быть больше единицы. В зависимости от назначения конструкции и целого ряда других факторов устанавливают ве-

личину минимально необходимого коэффициента запаса прочности. Его обозначают [n] и называют требуемый коэф-

фициент запаса прочности.

Прочность элемента конструкции считается обеспеченной, если его расчетный коэффициент запаса прочности не ниже требуемого, т. е.

n n .

(6.14)

С учетом зависимости (6.13) неравенство (6.14), называемое условием прочности, можно переписать в виде

			пред	.	(6.15)
	max		n

Правую часть неравенства (6.15) называют допускаемым напряжением и обозначают

	пред
	n .	(6.16)

Допускаемые напряжения – наибольшие напряжения, которые можно допустить в рассчитываемой конструкции из условий ее безопасности, надежности, долговечности.

Пользуясь понятием допускаемое напряжение, можно так сформулировать условие прочности при растяжении (сжа-

тии) стержня: прочность конструкции будет обеспечена, если возникающее в ней наибольшее напряжение не превышает допускаемого, т. е.

	.
max		(6.17)

В зависимости от того, какое из напряжений т или в принимается за предельное, формула (6.16) для определения допускаемого напряжения принимает вид

248

ГЛАВА6 Механические характеристики материалов

т ; в .

nт nв

Здесь nт и nв – требуемые коэффициенты запаса по пределу текучести и пределу прочности соответственно.

При этом для хрупких материалов, по-разному сопротивляющихся растяжению и сжатию, будем иметь два допускаемых напряжения – на сжатие сж и на растяжение р . Для пластичных материалов, имеющих одинаковые пределы текучести при растяжении и сжатии, р сж . Иногда допускаемые напряжения на растяжение обозначают

, а на сжатие – .

Правильный выбор коэффициента запаса прочностиnт и nв имеет исключительно важное значение. При недостаточном запасе может произойти разрушение детали, чрезмерный запас ведет к ее удорожанию. Большую помощь при выборе запаса прочности может оказать опыт создания и эксплуатации машин и сооружений данного класса. Более подробно вопрос о выборе коэффициентов запаса прочности изучается в курсе «Детали машин».

Ориентировочные	значения коэффициентов запаса
прочности при статической нагрузке таковы:
для пластичных материалов: nт 1,4 1,6 или
	nв 2,4 2,6 ;
для хрупких материалов:	nв 2,5 3 .

249