8.3 Контрольні запитання і завдання

1. Які види механічних впливів ви знаєте? Наведіть їх характеристики.

2. Наведіть конструктивні заходи збільшення міцності та жорсткості різних несівних конструкцій.

3. На які параметри ЕА найбільш суттєво впливають механічні навантаження? Наведіть приклади такого впливу.

4. Які пластини вважаються жорсткими, гнучкими та мембранними?

5. Чим обумовлена величина деформації (прогину) пластини за наявності статичного навантаження?

6. Як впливає жорсткість закріплення сторін пластини на величину напружень, які виникають у конструкції?

7. Які параметри матеріалу пластини впливають на величину напружень, що виникають у конструкції? Її прогин?

8. У чому різниця розрахунків міцності і жорсткості конструкції в залежності від характеру розподілення маси?

9. Наведіть порядок визначення допустимої величини мінімального зазору між елементами несівної конструкції.

10. Наведіть свої міркування щодо вибору матеріалу плати друкованого модуля для забезпечення необхідної міцності, якщо відомо його розміри.

8.4 Приклади аудиторних і домашніх задач

Завдання. Визначити величину питомого статичного навантаження друкованого модуля, маса встановлених елементів якого = 25 г. Площа поверхні друкованої плати модуля – = 0,005 м², її маса – = 15 г.

Розв’язання.

Величина питомого статичного навантаження для друкованого модуля:

,

де g – прискорення сили тяжіння, м/с².

Підставимо до формули відомі величини. Маємо:

(кг/мс²).

Відповідь: питоме статичне навантаження модуля дорівнює 78,4 кг/мс².

9 Оцінка міцності та жорсткості несівних елементів конструкції еа при вібраційних навантаженнях

9.1 Мета заняття

Вивчення методики оцінки міцності та жорсткості конструкції за наявності динамічних вібраційних навантажень.

9.2 Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів

У процесі експлуатації ЕА елементи несівної конструкції крім статичних навантажень витримують динамічний вплив у вигляді вібрацій. При цьому властивості конструкції ЕА протистояти діям зовнішніх динамічних навантажень також характеризуються механічною міцністю і жорсткістю.

Слід пам’ятати, що з усіх видів механічних впливів вібраційне навантаження є найбільш небезпечним. Його наявність може призвести до втоми матеріалів та руйнування несівних елементів конструкції.

Вібраційне навантаження при розрахунках міцності задається в одній з наступних форм:

- сили, що діє на блок ЕА та змінюється за гармонічним законом:

F = F_m sin ωt;

- вібраційного прискорення, що змінюється за законом:

W = W_m sin ωt;

- переміщення, що змінюється за законом:

A = A_m sin ωt,

де F_m, W_m, A_m – амплітудні значення сили, прискорення та переміщення відповідно;

– кутова частота вібраційного навантаження.

Готуючись до практичного заняття за даною темою, необхідно вивчити теоретичний матеріал попередніх лекцій і матеріал, викладений в основній [3, c. 441–445; 4, c. 244–247; 6, c. 220–224] та додатковій [5, c. 235–237] літературі.

9.2.1 Визначення міцності та жорсткості конструкції блока ЕА

Очевидно, що між амплітудними значеннями зазначених вище параметрів вібрації існує очевидний зв’язок у вигляді:

W_m = A_m та F_m = W_m m,

де m – маса блока, на який діє синусоїдальна вібрація.

Розглянемо випадок кінематичного порушення механічної системи, наприклад, коли вібраційне навантаження, задане вібраційним прискоренням, діє на віброізольований блок ЕА – блок, який встановлено на віброізолятори. Діюче на такий блок вібраційне навантаження (силу) можна подати у вигляді:

F_віб= m W_{m В}, (9.1)

де m – маса конструкції, кг;

W_m – амплітуда вібраційного прискорення, що діє на основу блока ЕА, м/с²;

_В – коефіцієнт динамічності з урахуванням демпфування системи віброізоляції.

Коефіцієнт динамічності у такому випадку розраховується за формулою:

, (9.2)

де f, f₀ – частота зовнішнього вібраційного навантаження та частота власних коливань віброізольованої системи відповідно, Гц;

– відносне значення коефіцієнта демпфування.

Для віброізольованих систем коефіцієнт демпфування має величину 0,15…0,35.

Якщо розглядати вібраційне навантаження як зосереджену силу, що діє, наприклад, на шасі блока ЕА, то розрахунок механічних напруження та деформації виконують за формулами (8.7), де замість величини P необхідно підставити значення вібраційного навантаження F_віб (9.1).

Під час виконання практичного заняття за заданим вібраційним навантаженням (механічні впливи у ТЗ) необхідно визначити величини напруження та деформації у блоці ЕА, що проектується, відповідно вищенаведеній методиці.

9.2.2 Розрахунок міцності і жорсткості через еквівалентне навантаження

Якщо вважати вібраційне навантаження (силу) рівномірно розподіленим, наприклад, у випадку розгляду вібрацій друкованого модуля, то питоме навантаження його конструкції можна знайти аналогічно формулі (8.2):

,

де W_m – амплітуда вібраційного прискорення, м/с²,

позначення інших величин такі, як у формулі (8.2).

Вважаючи це навантаження рівним деякому еквівалентному статичному навантаженню, тобто: , напруження та деформацію плати у залежності від способу закріплення її сторін визначають за формулами (8.4)–(8.5) або (8.6), (8.7), тобто: , , . Для визначення діючих значень напружень і прогину конструкції, обумовлених вібраційним прискоренням W_т, необхідно помножити отримані величини на коефіцієнт динамічності _В, розрахований за формулою (9.2):

(9.3)

На даному занятті за наявності вібраційного навантаження необхідно визначити величини напруження та деформації друкованого модуля конструкції, який розглядався у попередній роботі, відповідно вищенаведеній методиці.

Отримані значення напружень і деформації необхідно, як і у випадку оцінки статичного навантаження, порівняти з допустимими.

Вібраційні впливи можуть привести до втоми матеріалів конструкції та руйнування її елементів, тому допустимі напруження для різних видів деформацій розраховують за величиною межі витривалості, яка визначається за кривою втоми матеріалу симетричного циклу. Наприклад, у наближених розрахунках для пластичних матеріалів побутових ЕА коефіцієнт запасу міцності при вібраційних навантаженнях дорівнює: = 5…10. Кількісно допустимі напруження розраховуються за формулою (8.8), а стріла прогину – за (8.1).

9.2.3 Порядок виконання роботи

1. Проаналізувати блок ЕА, який проектується, та визначити який характер має вібраційне навантаження у конструкції.

2. Розрахувати діючі напруження і деформацію несівної блока за вказівками п. 9.2.1 та модуля, що розглядався на практичному занятті №8, за формулами (9.3) за вказівками п. 9.2.2.

3. Визначити допустимі напруження та деформацію конструкції. Порівняти розраховані фактичні значення напружень та деформації з допустимими.

4. За результатами проведеного порівняння запропонувати конструктивні заходи для збільшення міцності та жорсткості несівної.