Допускаемое напряжение растяжения и предел текучести

Допускаемые напряжения принимаем по нормам, систематизированных в виде таблиц, что удобнее для практического применения при проектировочных и проверочных прочностных расчетов.

Примечание. Условные обозначения термической обработки:

О — отжиг; Н — нормализация; У — улучшение; Ц — цементация; ТВЧ — закалка с нагревом т.в.ч.; В — закалка с охлаждением в воде; М — закалка с охлаждением в масле; НВ — твердость по Бринеллю. Число после М, В, Н или ТВЧ — среднее значение твердости по HRC.

*) Римскими цифрами обозначен вид нагрузки (см. таблицу 1): I — статическая; II — переменная, действующая от нуля до максимума и от максимума до нуля (пульсирующая), III — знакопеременная (симметричная).

Допускаемые напряжения для углеродистых сталей обыкновенного качества в горячекатаном состоянии

наверх

Механические свойства и допустимые напряжения углеродистых качественных конструкционных сталей

Примечание:

Марки стали 20Г; 30Г; 40Г; 50Г; 65Г — старые марки стали, действующие до 1988 г. Буква Г в них обозначала содержание марганца около 1 %.

наверх

Механические свойства и допускаемые напряжения легированных конструкционных сталей

наверх

Механические свойства и допускаемые напряжения для отливок из углеродистых и легированных сталей

2.4. РАСЧЕТЫ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ Основной задачей расчета конструкции на растяжение является обеспечение ее прочности в условиях эксплуатации. Условие прочности – оценка прочности элемента конструкции, сводящаяся к сравнению расчетных напряжений с допускаемыми: σ≤рσ[р ]; σ с ≤[ с],σ (2.9) где σр и σс – наибольшие расчетные растягивающие и сжимающие напряжения; [σр] и [σс] – допускаемые напряжения при растяжении и сжатии. Допускаемое напряжение – наибольшее напряжение, которое можно допустить в элементе конструкции при условии его безопасной, долговечной и надежной работы: Здесь σпред – предельное напряжение (состояние), при котором конструкция перестает удовлетворять эксплуатационным требованиям; им мо- гут быть предел текучести, предел прочности, предел выносливости, пре- дел ползучести и др. Для конструкций из пластичных материалов при определении допускаемых напряжений используют предел текучести σт (рис. 2.4, а). Это связано с тем, что в случае его превышения деформации резко возрастают при незначительном увеличении нагрузки и конструкция перестает удовлетворять условиям эксплуатации. Допускаемое напряжение в этом случае определяют как Для хрупких материалов (чугун, бетон, керамика) где σвр и σвс – пределы прочности при растяжении и сжатии (рис. 2.4, б). Здесь [n] – нормативный коэффициент запаса прочности. В зависимости от той предельной характеристики, с которой сравнивают расчетное напряжение σ, различают [nт] – нормативный коэффициент запаса прочности по отношению к пределу текучести σт и [nв] – нормативный коэффициент запаса прочности по отношению к пределу прочности σв. Запас прочности – отношение предельно допустимой теоретической нагрузки к той нагрузке, при которой возможна безопасная работа конструкции с учетом случайных перегрузок, непредвиденных дефектов и недостоверности исходных данных для теоретических расчетов. Нормативные коэффициенты запаса прочности зависят: − от класса конструкции (капитальная, временная), − намечаемого срока эксплуатации, − условий эксплуатации (радиация, коррозия, загнивание), − вида нагружения (статическое, циклическое, ударные нагрузки) − неточности задания величины внешних нагрузок, − неточности расчетных схем и приближенности методов расчета − и других факторов. Нормативный коэффициент запаса прочности не может быть единым на все случаи жизни. В каждой отрасли машиностроения сложились свои подходы, методы проектирования и приемы технологии. В изделиях общего машиностроения принимают [nт] = 1,3 – 2,2; [nв] = 3 – 5. Вероятность выхода из строя приближенно можно оценить с помощью коэффициента запаса в условии прочности: n = 1 соответствует вероятности невыхода из строя 50 %; n = 1,2 соответствует вероятности невыхода из строя 90 %; n = 1,5 соответствует вероятности невыхода из строя 99 %; n = 2 соответствует вероятности невыхода из строя 99,9 %. Для неответственных деталей n = 2 много. Для ответственных – мало. Так для каната подъемного лифта это означает на 1000 подъемов одно падение. При расчете конструкций на прочность встречаются три вида задач, которые вытекают из условия прочности а) поверочный расчет (проверка прочности). Известны усилие N и площадь A. Вычисляют σ = N/A и, сравнивая его с предельным σт или σв (для пластичного и хрупкого материалов соответственно), находят фактический коэффициент запаса прочности который затем сопоставляют с нормативным [n]; б) проектный расчет (подбор сечения). Известны внутреннее усилие N и допускаемое напряжение [σ]. Определяют требуемую площадь поперечного сечения стержня в) определение грузоподъемности (несущей способности). Известны площадь А и допускаемое напряжение [σ]. Вычисляют внутреннее усилие N≤N[ ] = ⋅[σ]A, (2.15) а затем в соответствие со схемой нагружения – величину внешней нагрузки F ≤ [F].

Rp0.2 — минимальное значение предела текучести при расчетной температуре, МПа (Н/мм2).
Определение: под пределом текучести понимается то напряжение,
при котором происходит рост деформации без заметного увеличения нагрузки. В тех случаях
, когда на диаграмме отсутствует явно выраженная площадка текучести
, за предел текучести условно принимается величина напряжения
, при котором остаточная деформация составляет 0,2%.

Rm — минимальное значение предела прочности (временного сопротивления) при расчетной температуре, МПа (Н/мм2)
.
Определение: отношение максимальной силы, которую способен выдержать образец
, к его начальной площади поперечного сечения носит название предела прочности или временного сопротивления
. Предел прочности также является условной величиной.

Е — модуль упругости при расчетной температуре, МПа (Н/мм2)
.
Определение: модуль упругости представляет собой коэффициент пропорциональности
, устанавливающий связь между напряжением и деформацией σ = Eε
. Модуль упругости является физической константой материала и определяется экспериментально
. Единица измерения модуля упругости в вышеприведенных таблицах — ГПа (1ГПа = 1000 МПа).

α — коэффициент линейного расширения при расчетной температуре (коэффициент температурного расширения материала)
.
Определение: коэффициент температурного расширения
— характеризует относительную величину изменения линейных размеров тела с изменением температуры
α = ΔL/LΔT.

[σ] — номинальное допускаемое напряжение.
Определение: допускаемое напряжение
— это отношение некоторого предельного напряжения для данного материала к коэффициенту запаса.
Номинальное допускаемое напряжение определяют по характеристикам материала
при расчетной температуре.
В качестве некоторого предельного напряжения (т.е. характеристики материала) принимают — предел текучести
, предел прочности, предел длительной прочности.

1.3[σ] — расчетная группа категорий напряжений (σ)2 (ПНАЭ Г-7-002-86)
. В общем случае, это допускаемое напряжение для оценки приведенных напряжений, определяемых по суммам составляющих общих
или местных мембранных и общих изгибных напряжений (σ)2 = [σm или σmL] + σb
.

[σ]RV — расчетная группа категорий напряжений (σ)RV (ПНАЭ Г-7-002-86)
. Это допускаемое напряжение для оценки размаха напряжений, определяемого по суммам составляющих общих
или местных мембранных, общих или местных изгибных, общих температурных и компенсационных напряжений
(σ)RV = [σm или σmL] + σb
+ σbL + σT + [σkm или σkmL] + σkb + τks
.

ВАЖНО!
1 При повышенных температурах значение допускаемого напряжения определяется без учета длительных характеристик прочности (т.е. предела длительной прочности).
2 Физико-механические характеристики материалов приняты согласно ПНАЭ Г-7-002-86. Промежуточные значения характеристик материала определяются линейной интерполяцией.
3 Справочные данные, приведенные на сайте, имеют статус «ознакомительный» и не могут заменить использование официальных источников (ПНАЭ, ГОСТы и т.п.).