Конструкционная прочность материалов Курс лекций

Заведующий кафедрой

А.Л.Михайлов

Преподаватель

Ю.И.Щербак

Содержание

Введение 4

1 Конструкционные материалы в современной технике 6

2 Механические теории прочности 32

2.1.2 Параметры напряженно-деформируемого состояния материала 32

J₃=_х_y_z+2_xy_yz_xz-_х_yz²-_y_xz²-_z_yx²=₁₂₃. 33

Т_=Т_⁰+D_, 34

J₁́=(_x-₀)+(_y-₀)+(_z-₀)=0. 34

J₂́=1/6[(_x-_y)²+(_y-_z)²+(_z-_x)²+6(_xy²+_yz²+_zx²)]= 34

T_=T_⁰+D_. 35

Cos=_x/₁; Cos=_y/₂; Cos=_z/₃. 35

Таким образом, 37

Рисунок 2.1.2.1 – Путь нагружения в пространстве напряжений 38

2.2 Соотношения между напряжениями и деформациями при сложном напряженном состоянии 39

2.2.1 Линейно-упругое тело 39

При внезапном приложении нагрузки (больших скоростях нагружения) 44

44

Рисунок 2.2.3.8 – Соотношения σ и ε при разных скоростях нагружения 44

При σ=V_σt, где V_σ - постоянная скорость нагружения, имеем: 44

При ε=0, t=0 45

При ε=V_εt, где V_ε – постоянная скорость деформирования, имеем: 45

45

Рисунок 2.2.3.10 - Кривая ползучести 46

Классические теории прочности относятся только к изотропным средам с одинаковыми пределами прочности на растяжение и сжатие: 47

Тогда B×_с=_с/_v-_с/_p+1=q–m+1, где q=_с/_v, m=_с/_p. 71

2.7 Методы механических испытаний материалов при сложном напряженном состоянии 93

Систематическим изучением свойств материалов при больших гидростатических давлениях (до 30000 кг/см²) впервые занимался Бриджмен. Нагружение создавалось ступенями и не удалось добиться постоянства гидростатического давления во время опыта. 94

3 Теория процессов накопления повреждений. Кинетическая природа прочности твердых тел 102

W=Jvt. (4.1) 113

5 Коррозионная стойкость материалов 115

6 Контроль текущего состояния 119

7 Надежность 121

где =1/m_i, m_i - средняя наработка до отказа. 123

Если t  0,1, то 123

P(t)=1-t+(t)²/2!-… 1-t. 123

8 Исследование прочности полномасштабных конструкций 128

Введение

Все современные сооружения, конструкции, машины, приборы строят или изготовляют по заранее составленным проектам. В проекте указывают материалы элементов конструкций и деталей машин, все их размеры необходимые для изготовления, а также приводится описание технологии. Таким образом, еще в процессе проектирования нужно уметь определять размеры элементов и деталей, входящих в состав сооружений или машин. Разумеется, указанные размеры зависят от ряда условий и обстоятельств, в том числе от свойств материала изделия и от предполагаемых на него воздействий.

Задачей науки о прочности и является создание теоретических и экспериментальных основ для установления требуемых размеров элементов и деталей, входящих в состав сооружений, конструкций или машин. При этом должна быть обеспечена надежность эксплуатации соответствующего объекта и экономичность конструкций, в значительной мере определяемая расходом материала.

Надежность конструкции обеспечивается, если последняя сохраняет прочность, жесткость и устойчивость при гарантированной долговечности.

Конструкцию считают прочной, если в ней под влиянием внешних сил не возникает разрушения, не происходит разделения единого целого на части. Если изменение формы и размеров конструкции при действии на нее внешних сил невелики и не мешают ее эксплуатации, то считается, что такая конструкция обладает необходимой жесткостью. Нагруженная конструкция находится в устойчивом состоянии, если, будучи отклоненной из этого состояния какими-либо причинами, не учитываемыми в расчете, она возвращается в первоначальное состояние по устранении указанных причин. В противном случае состояние загруженной конструкции неустойчивое.

Долговечность конструкции состоит в ее способности сохранять необходимые для эксплуатации свойства в течение заранее предусмотренного отрезка времени. Долговечностью называется и продолжительность надежной работы конструкции. Разумеется, обеспечить долговечность можно, лишь зная процессы, происходящие в конструкции (в том числе в ее материале) во времени и в условиях, в которых она работает.

Требования надежности и экономичности связаны с противоположными тенденциями. Желая сделать конструкцию более надежной, приходится назначать бóльшие размеры ее элементов. Стремление же сделать конструкцию как можно более экономичной заставляет уменьшать размеры поперечных сечений. Наука о прочности позволяет установить степень удовлетворения требованиям как надежности, так и экономичности.

Таким образом, основная задача науки о прочности состоит в разработке методов конструирования и расчета элементов всевозможных конструкций или деталей машин на прочность, жесткость и устойчивость при условии долговечности, одновременно обеспечивающих их экономичность. Наука о прочности имеет экспериментально-теоретический инженерный характер. Она тесно связана с физикой твердого тела, раскрывающей природу деформации и разрушения твердых тел; с материаловедением, исследующим технические свойства материалов, и с испытанием материалов, позволяющими экспериментально изучать и оценивать количественно (теми или иными механическими характеристиками) их свойства. Наряду с указанными дисциплинами наука о прочности имеет органические связи и с другими разделами физики и многими отраслями техники; в ней широко используются результаты механики, большой и разнообразный математический аппарат. В науке о прочности рассматриваются материалы, применяемые в сооружениях, конструкциях, машинах, приборах, например: металлы, древесина, бетоны, керметы, керамика, стекло, ситаллы, высокомолекулярные соединения, в том числе пластмассы, и т.п. Важнейшим свойством этих материалов является их способность противостоять внешним силам, сохраняя целостность и не испытывая больших изменений в размерах и форме, если конструкция спроектирована правильно.