Деформации бывают: упругие и остаточные.
Упругие – исчезают после снятия внешней нагрузки, а остаточные – сохраняются.
Механическое напряжение – это мера действия сил упругости (Па=Н/м2).
Напряжение бывает 2-х видов: нормальное – направлено перпендикулярно площади поперечного сечения (сигма), и касательное – лежащие в плоскости поперечного сечения, т.е. направленное по касательной (тау).
По характеру воздействия на деталь может возникать следующее напряжения (деформации): растяжение, сжатие, смятие, изгиб (), сдвиг, срез, кручение (), или сочетания этих деформаций.
В зависимости от материала для каждой детали существует опасное напряжение. Механические свойства материала определяются графической зависимостью напряжения от относительного удлинения при испытании образца на растяжение.
Диаграмма растяжения образца:
Закон ГУКА: напряжение прямо пропорционально относительному удлинению.
,
где E – модуль упругости материала (величина табличная),
- относительное
удлинение в %
На участке ОА
соблюдается линейная зависимость, т.е.
выполняется закон ГУКА. Напряжение,
возникающее в точке А называется
у
предел упругости. Это напряжение
допускает 0.05% остаточной деформации.
На участке АВ
удлинение растет интенсивнее, чем
приложение силы. Материал тускнеет
(течет). Этот участок называется площадкой
текучести.
Т(предел
текучести)=0.2% от остаточной деформации.
На участке ВС
материал вновь начинает сопротивляться
приложению силы, но не подчиняется
линейному закону. Напряжение в точке С
обозначается
в
и называется временное сопротивление.
Один и тот же материал на этом участке
ведет себя по-разному.
На участке СД для
удлинения образца требуется уже меньшее
приложение силы, т.е. материал перестает
сопротивляться. В точке Д происходит
разрыв
к-конечное
напряжение.
Для пластичных
материалов считается опасным предел
текучести
Т
(0,2%),
опасн=
Т.
В расчетах деталей механизмов на прочность используют допускаемые напряжения, которые составляют часть от опасного и гарантируют надежность работы детали в течение заданного срока эксплуатации.
Допускаемое напряжение всегда пишется в [] – в скобках.
Допускаемое напряжение при растяжении находится:
[
р]=
т/n
n – коэффициент запаса прочности. Зависит от условий работы детали, ее ответственности, методов расчета и других факторов. n>=1
n=1 применяется только в авиационной техники и ракетостроении.
Принято считать
что любое нормальное напряжение
,
кроме растяжения связано зависимостью
[
]≈2[
р]
Любое допускаемое
касательное напряжение [
Т
]≈ 0.5[
р]
При расчете на прочность обязательно должно выполняться условие прочности:
Максимальные действительные напряжения (расчетные) не должны превышать допускаемых значений напряжений
max<=[
]
и
max<=[
].
5. Теории прочности при расчете деталей машин.
В зависимости от прочностных характеристик материалов, оценивают возможность разрушения материала или переходов состояния текучести на основании гипотез о том, какой фактор вызовет появление опасного состояния.
Существуют 4 теории прочности.
Теория максимальных опасных напряжений:
При достижении действительными напряжениями предела текучести возникают опасные напряжения.
max<=[
]
,
max<=[
]
Теория наибольших относительных деформаций.
Опасное состояние возникает, когда наибольшее относительное удлинение достигает определенного значения.
Теория наибольших касательных напряжений (при сложных деформациях).
Опасное состояние возникает, когда в детали присутствуют касательные напряжения, превышающие в 2 раза нормальные.
=
<=[
]
Энергетическая теория прочности.
С учетом удельной потенциальной энергии изменения формы деталей возникает опасное состояние при достижении значения касательных напряжений, превышающих в 1.7 раза нормальное.
=
<=[
]