- •Опір матеріалів
- •В.В. Астанін….
- •Передмова
- •Оформлення розрахунково-проектної роботи
- •1. Розтягання-стискання
- •1.1 Розрахунок статично визначуваного бруса
- •Порядок розв’язання задачі
- •Приклад. Розрахункова схема показана на рис. 1.2
- •1.2. Розрахунок статично невизначуваного бруса
- •Порядок розв’язання задачі
- •2. Теорія напруженого стану
- •2.1 Дослідження напруженого стану в точці
- •Порядок розв’язання задачі
- •3. Геометричні характеристики плоских перерізів.
- •3.1 Обчислення геометричних характеристик плоских перерізів.
- •Порядок розв’язання задачі
- •4. Плоске згинання
- •4.1 Побудова епюр поперечної сили q і згинального моменту м.
- •Порядок розв’язання задачі
- •4.2. Розрахунок балки на міцність
- •5. Зсув і Кручення
- •5.1. Розрахунок заклепкового з’єднання
- •5.2 Розрахунок зварного з’єднання
- •5.3. Розрахунок вала на міцність і жорсткість
- •Порядок розв’язання задачі
- •Задача 4
- •6. Складний опір
- •6.1. Ламаний стержень
- •Порядок розв’язання задачі
- •6.2 Похила балка
- •Порядок розв’язання задачі
- •6.3. Просторовий ламаний стержень
- •Порядок розв’язання задачі
- •6.4. Згинання з крученням
- •Порядок розв’язання задачі
- •Розрахунок вала на згинання з крученням
- •6.5. Косе згинання
- •Порядок розв’язання задачі
- •Розрахунок балки на косе згинання
- •6.6. Позацентрове стискання
- •Порядок розв’язання задачі
- •Порядок розв’язання задачі
- •Розрахунок ступінчастої колони на позацентрове стискання
- •6.7. Тонкостінний стержень
- •Порядок розв’язання задачі
- •Розрахунок тонкостінного стержня відкритого профілю на позацентрове стискання
- •7. Статично невизначувані системи
- •7.1. БАлка на пружній основі
- •Порядок розв’язання задачі
- •12. На рисунку накреслити задану схему балки і під нею розташувати епюри , m, q і р.
- •Застосування методу скінченних різниць до розрахунку балок на пружній основі
- •Розрахунок балки на пружній основі
- •374,6 КНм 224,6 кНм або Мmах Мрозр,
- •641,5 КНм 665,3 кНм або Мmах Мрозр.,
- •7.2. Визначення переміщень
- •Порядок розв’язання задачі
- •Визначення переміщень методом безпосереднього інтегрування диференціального рівняння зігнутої осі балки
- •Визначення переміщень балок за методом початкових параметрів
- •Визначення переміщень за допомогою інтеграла Мора і правила Верещагіна
- •7.3 Статично невизначувана рама
- •Порядок розв’язання задачі
- •Розрахунок рами методом сил
- •8. Спеціальні задачі міцності
- •8.1. Поздовжнє згинання
- •Порядок розв’язання задачі
- •Приклади розрахунків елементів конструкцій на стійкість
- •8.2. Динамічна дія навантаження
- •8.2.1 Напруження і деформації при ударі
- •Порядок розв’язання задачі
- •Приклад 3
- •1. Спочатку розв’язуємо задачу без урахування маси балки
- •8.2.2 Розрахунок складної балочної конструкції при ударній дії навантаження.
- •8.2.3 Вільні коливання систем з одним ступенем вільності
- •Порядок розв’язання задачі
- •Розрахунок балки на змушені коливання
- •Вільні і вимушені коливання систем з двома ступенями вільності
- •8.3Перевірка міцності та визначення довговічності конструктивного елемента з тріщиною
- •8.4. Розрахунок вала на витривалість
- •Порядок розв’язання задачі
- •Розрахунок вала на витривалість
- •9. Розрахунок конструкцій за несучою здатністю
- •9.1. Згинання балки з ідеального пружно-пластичного матеріалу
- •9.2. Pозрахунoк ступінчастих брусів за несучою здатністю
- •17. Напруження і деформації в наслідок повзучості
- •17.1. Підбір поперечного перерізу балки при повзучості
- •18. Механіка руйнування
- •18.1. Розрахунок залишкової міцності елемента конструкції за наявності концентратора напружень і тріщини
- •18.2. Визначення залишкової довговічності елемента конструкції
17. Напруження і деформації в наслідок повзучості
17.1. Підбір поперечного перерізу балки при повзучості
Задана балка (рис.
17.1) прямокутного поперечного перерізу(рис.
17. 2), працює під дією заданого навантаження
при температурі


Рис. 17.1
Тривалість навантаження дорівнює t год.
Рис.
17.2
Потрібно:
1. Побудувати епюру
згинальних моментів та знайти
.
2. Підібрати розміри поперечного перерізу балки за умовою:

3. Визначити коефіцієнт запасу за напруженням:

-
Розрахувати:
;
;
;

Дані для розрахунку:
q
= 80 кН/м; a = 0,5 м;
;
B = 10-18 МПа-6 год-1.
Матеріал:
ВЖ 36-Л2; t = 10000 год ;
;
n = 6.
Схему задачі показано на рис. 17.1
Розв’язання:
-
Будуємо епюри згинальних моментів.
Визначаємо опорні реакції:


Крізь симетрію відносно точки С:

Перевірка:
![]()
![]()
Розбиваємо балку на ділянки. Складаємо рівняння згинальних моментів.
I ділянка:
![]()
при x = 0 M =
0, при x = a M = 10 кНм.
II
ділянка:
![]()
,
при x = a
M = 20 кНм,
при x = 2a
.
Епюри згинальних моментів на III і IV ділянках будуть симетричні відповідним епюрам на I і II ділянках. Максимальне значення згинального моменту
![]()
-
Підбираємо поперечний переріз балки за умовою:
![]()
Швидкість деформації при повзучості, яка встановилася, визначається зі співвідношення:
(17.1)
де
момент інерції поперечного перерізу
відносно осі у стосовно деформації
повзучості. У загальному випадку величина
визначається за формулою:
![]()
Для прямокутного поперечного перерізу
![]()
Для заданого поперечного перерізу (рис. 17.2) при h=2b:
(17.2)
З рівняння (17.1) випливає, що:

Оскільки
,
то отримуємо:

Звідси

або

Враховуючи співвідношення (17.2), дістаємо:

Отже,

![]()
оскільки
![]()
-
Коефіцієнт запасу за напруженнями визначаємо за формулою:

де
границя тривалої
міцності матеріалу при повзучості.
Для
сплаву ВЖ36-Л2 при t = 10000 год і

(17.3)
Нормальні напруження під час повзучості, яка встановилася, для заданої форми поперечного перерізу дорівнюють (див. формулу (17.2) і (17.3))
Отже,
.
Коефіцієнт запасу за напруженнями менше допустимого, отже необхідно збільшити розміри поперечного перерізу. Визначаємо значення нормального напруження при k = 1,5:

Знаходимо нові розміри поперечного перерізу балки:

Остаточно беремо b = 45 мм.
18. Механіка руйнування
18.1. Розрахунок залишкової міцності елемента конструкції за наявності концентратора напружень і тріщини
Для зображеного на рис. 18.1 конструктивного елемента розрахувати залишкову міцність за наявності в ньому концентратора напружень і тріщини, зробити висновок про міцність конструктивного елемента, виконаного з матеріалу Д16.

Рис. 18.1
Дані для розрахунку:
характеристики
матеріалу Д16: критичний коефіцієнт
інтенсивності напружень КС
= 84,4 МПа·м1/2 умовна границя текучості
МПа;
інтенсивність навантаження
МПа, ширина елемента 2W = 20 см; висота
елемента 2h = 40 см, товщина елемента
t = 2 мм; радіус отвору R = 1 см.
Для пластини з
центральним круговим отвором залежність
коефіцієнта інтенсивності напружень
нормального відриву
від довільної інтенсивності навантаження
,
прикладеного до елемента, записується
у вигляді
К1 = F1()
=
,
(18.1)
де
- поправкова функція, що залежить від
геометрії елемента і тріщини.
Для обчислення
функції
користуються графіком (рис.
18.2) і табл. 18.1 [13].

Рис. 18.2.
Таблиця 18.1.
|
а/W |
с/R |
F1() |
|
а/W |
с/R |
F1() |
|
0,12 |
0,2 |
0,994 |
0,24 |
1,4 |
1,072 |
|
|
0,13 |
0,3 |
1,091 |
0,26 |
1,6 |
1,074 |
|
|
0,14 |
0,4 |
1,072 |
0,30 |
2,0 |
1,083 |
|
|
0,15 |
0,5 |
1,078 |
0,40 |
3,0 |
1,128 |
|
|
0,16 |
0,6 |
1,079 |
0,50 |
4,0 |
1,203 |
|
|
0,18 |
0,8 |
1,077 |
0,60 |
5,0 |
1,319 |
|
|
0,20 |
1,0 |
1,073 |
|
0,70 |
6,0 |
1,502 |
|
0,22 |
1,2 |
1,072 |
0,80 |
7,0 |
1,82 |
Обчислення
коефіцієнта інтенсивності напружень
нормального відриву роблять у вигляді
таблиці 18.2.
Таблиця 18.2
|
|
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
|
F1() |
1,073 |
1,083 |
1,128 |
1,203 |
1,319 |
1,502 |
1,820 |
|
а, 10-2 м |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
0,251 |
0,307 |
0,354 |
0,396 |
0,434 |
0,469 |
0,501 |
|
К1, МПа.м1/2 |
37,70 |
46,54 |
55,90 |
66,69 |
80,14 |
98,62 |
127,6 |
|
ry,10-2 м |
0,141 |
0,216 |
0,311 |
0,442 |
0,639 |
0,967 |
1,621 |
|
+ ry,10-2 м |
2,141 |
3,216 |
4,311 |
5,442 |
6,639 |
7,967 |
9,621 |
|
к , МПа |
313,7 |
254,2 |
211,5 |
177,3 |
147,5 |
119,8 |
92,5 |
|
+ ry*,10-2 м |
2,709 |
3,709 |
4,709 |
5,709 |
6,709 |
7,709 |
8,709 |
|
* |
0,271 |
0,371 |
0,471 |
0,571 |
0,671 |
0,771 |
0,871 |
|
F1(*) |
1,090 |
1,103 |
1,181 |
1,285 |
1,449 |
1,727 |
- |
|
|
0,292 |
0,341 |
0,385 |
0,424 |
0,459 |
0,492 |
- |
|
к*, МПа |
267,6 |
224,3 |
185,6 |
154,9 |
126,8 |
99,3 |
- |
За отриманими
даними будуємо графік залежності К
від довжини тріщини а (рис. 18.3).

Рис. 18.3
Для аналізу
напруженого стану біля вершини тріщини,
де концентрація напружень зумовлена
малим радіусом заокруглення вершини
тріщини, використовують формули для
визначення напружень
У випадку нормального відриву при
плоскому напруженому стані ці формули
мають вигляд:
;
;
.
Використовуючи ці формули й умову пластичності Мізеса, визначаємо розмір пластичної зони біля вершини тріщини
,
де
умовна границя
текучості матеріалу.
У момент руйнування
К1 = КС. Тоді
граничний розмір пластичної зони при
= 0 можна визначити за формулою:
.
(18.2)
У цьому випадку
при КС = 84,4 МПа·м![]()
м
= 0,709 см.
Умові плоского
напруженого стану відповідає умова
![]()
Для заданого
елемента
умова виконується.
Отже, у цьому випадку маємо злам у вигляді зрізу. Таким чином, пластична зона поширюється на всю товщину зразка, а елементи крихкого зламу відсутні. При цьому досягається невелика міцність матеріалу. Критичне напруження визначаємо з урахуванням і без урахування пластичної зони.
З умови Ірвіна
критерій розвитку тріщини нормального
відриву має вигляд К
=
КС. Отже, у момент початку
нестійкого поширення тріщини з урахуванням
формули (18.1)
.
Тоді критичне напруження без урахування пластичної зони можна визначити за формулою:
.
(18.3)
Результати
обчислення
за формулою (18.3) подано в табл. 18.2 і на
рис. 18.4.
Критичне напруження з урахуванням пластичної зони розраховуємо за формулою
(18.4)
де
визначається за формулою (18.2).
У табл. 18.2 і на рис.
18.4 подано значення величини
,
обчислені за формулою (18.4). Поправкову
функцію
знаходимо за графіком (рис. 18.2) чи за
табл. 18.1.
За результатами розрахунків можна зробити висновок про міцність цього конструктивного елемента. Тріщина в елементі поширюватися не буде, якщо виконується умова Ірвіна:
![]()
У цьому випадку
критерій Ірвіна виконується за умови,
що довжина тріщини в елементі буде не
більше критичної довжини
см.
Рис. 18.4.
На рис. 18.4: 1 без урахування пластичної зони поблизу вершини; 2 з її урахуванням.
