Влияние вида нагружения

Один из основных способов уменьшения массы – рациональ­ное нагружение деталей с максимальным использованием их ма­териала.

На рис. 49 дан пример использования материала при различных видах нагружения детали круглого сечения. Величина напряжений условно показана толщиной линий штриховки.

а рис. 49 дан пример использования материала при различных видах нагружения детали круглого течения. Величина напряжений условно пока­зана толщиной линий штриховки.

При изгибе сечение работает преимущественно крайними точками, расположенными б плоскости действующей силы. По мере приближения к нейтральной оси напряжения уменьшаются вплоть до нуля. В случае кручения все точки периферии нагружены одинаково. Однако напряжения в кольцевых сечениях убывают по мере приближения к центру, где ОКИ становятся равными нулю.

Наиболее выгоден случай растяжения-сжатия, когда все точки сечения работают при одинаковом напряжении и материал используется наиболее полно.

Где только возможно, следует заменять изгиб растяжением-сжатием, как это делается, например, в стержневых и ферменных системах.

Там, где изгиб неизбежен по функциональному назначению детали, его отрицательное влияние следует парализовать следующими конструк­тивными мерами:

− применять рациональные сечения с разноской материала по направ­лению действия максимальных напряжений (сечения с более равномерным распределением напряжений);

− уменьшать изгибающий момент упрочнением плеча изгибающей силы, т. е. уменьшать пролеты между опорами, рационально расставлять опоры и устранять консольное нагружение, невыгодное до величине напряжений и деформаций.

В системах, работающих на растяжение-сжатие, изгиб нередко возни­кает в результате асимметрии сечений, внецентренного приложения на­грузки или криволинейности формы детали.

Рассмотрим влияние внецентренного приложения нагрузки на величину напряжений в детали.

В брусе прямоугольного сечения шириной а и толщиной б, растягиваемом силой Р (рис. 50, а), сделана односторонней выборка шириной аn σσ(n = 0 ÷ 1).

Максимальное напряжение σ разрыва в среднем сечении бруса равно сумме разры­вающих напряжений от действии силы Р и изгибающего момента 0.5 Рап

При вне центровом нагружении шатуна силой сжатия (рис. 52,а)в стержне шатуна возникают дополнительные напряжения изгиба, из-за чего приходится увеличивать сечение стержня, а следовательно, и массу конструкции. Тот же недостаток, но в меньшей степени, присущ кон­струкции на рис. 52,6, где внецентровый изгиб возникает вследствие асимметрии сечения стержня относительно направления действия сил. В рациональной конструкции (рис. 52, а) с симметричными относительно нагрузки сечениями нагрузка приводится к чистому сжатию; при прочих равных условиях масса конструкции получается наименьшей.

У деталей, подвергающихся изгибу, асимметрия сечений вызывает кру­чение (рис. 53) и появление лишних напряжений сдвига, суммирующихся с напряжениями изгиба.

В качестве конструктивного примера на рис. 54, а, 6, показан рычаг, к концам которого приложены силы, действующие в плоскости А. Вследствие смещения плоскости действия сил относительно стержня по­следний подвергается скручиванию. В правильной конструкций (рис. 54, в) с сечениями, симметричными относительно действия сил, кручение ликви­дировано.

В деталях, подвергающихся чистому изгибу, целесообразно вводить некоторую асимметрию сечений с целью уменьшения напряжений рас­тяжения за счет увеличения напряжений сжатия.

Большинство конструкционных материалов лучше сопротивляется сжатию, чем растя­жению. Разрушение почти всегда начинается на участках, подвергающихся растяжению, а не сжатию, так как первое способствует выявлению внутренних дефектов материала (микротрещин, микропор и т. п.), которые, разрастаясь под действием растягивающих напряжений, кладут начало разрушению. Напряжения сжатия, напротив, могут способствовать за­крытию микродефектов

Это свойство особенно резко выражено у пластичных металлов. На рис. 55 приведена диаграмма нагружения на растяжение и сжатие образцов из низкоуглеродистой стали.

Рис. 55. Растяжение и сжатие образцов (Сталь 20)

В случае растяжения материал проходит через хорошо известные стадии: после упругой деформации металл начинает течь (участок т) и в результате объемною наклепа упрочняется (участок- n). По достижении предела прочности начинается образование шейки, закан­чивающееся разрушением образца.

По-иному ведет себя материал в условиях сжатия. После периода упругих деформаций он непрерывна упрочняется, как вследствие наклепа, так и вследствие увеличения поперечных размеров образца (бочкообразное расплющивание). Пластичный материал ни при каких условиях не удается довести до разрушения.

В реальных конструкциях использовать это преимущество далеко не всегда возможно использовать, так как пластические деформации наиболее нагруженных на сжатие элементов системы ( ав ферменных системах еще и продольный их изгиб) могут сделать систему нерабо­тоспособной вследствие нарушения ее геометрии, хотя разрушение системы еще не наступит.

У хрупких материалов (например, чугунов) при сжатии наступает хрупкое разрушение, начинающееся с образования трещим и закапчивающееся раскалыванием образца. Однако для таких материалов характерна резкая анизотропия механических свойств при растяжении и сжа­тии. Например, предел прочности чугуна при сжатии в 2,5-4 раза больше, чем при растя­жении.

Металлы, занимающие по пластичности промежуточное положение между приведенными крайними случаями, как прилило, также лучше сопротивляются сжатию, чем растяжению. Так, предел прочности при сжатии закаленной и отпущенной при 250^ОС стали 45. алюминиевого сплава Д16 после закалки и старения и твердой латуни ЛО 70-1 превышает предел проч­ности их при растяжении соответственно в 1,4; 1.7 и 2 раза. Исключение представляют магниевые сплавы, которые сопротивляются сжатию хуже, чем растяжению.

Для материалов с асимметрией прочностных свойств, сопротивляющихся сжатию лучше, чем растяжению (серый чугун, пластики), соотношение между максимальным напряжением сжатия и растяжения целесообразно увеличивать в отношении пределов прочности при сжатии и растяжении. На рис. 58 приведены нерациональная (а) и рациональная (б) кон­струкции литого кронштейна из серого чугуна, подвергающегося изгибу.

Рис.58. Чугунный кронштейн: а – нерациональная конструкция, б – рациональная конструкция.

Дата добавления: 2014-12-26