Расчет на центральное растяжение
Общие сведения
Растянутые элементы — это нижние пояса ферм, затяжки арок и некоторые стержни других сквозных конструкций. Растягивающие усилия N действуют вдоль оси элемента, и во всех точках его поперечного сечения возникают растягивающие нормальные напряжения, которые с достаточной точностью считаются одинаковыми по значению.
Древесина работает на растяжение почти как упругий материал и имеет высокую прочность. Разрушение растянутых элементов происходит хрупко, в виде почти мгновенного разрыва наименее прочных волокон по пилообразной поверхности. Однако прочность реальной древесины при растяжении, в которой имеются допускаемые пороки и которая работает длительное время, значительно ниже.
Работа деревянных элементов при растяжении является наиболее ответственной. Они разрушаются почти мгновенно, поэтому растянутые элементы надо изготовлять, как правило, из наиболее прочной древесины 1-го сорта.
Растянуто-изгибаемые элементы работают одновременно на растяжение и на изгиб. Так работает, например, нижний пояс фермы, в котором кроме растяжения действует ещё и изгиб от межузловой нагрузки от веса подвесного перекрытия. Так же работает элемент, в котором растягивающие силы действуют с эксцентриситетом относительно его оси. Такие элементы называются ещё внецентренно-растянутыми. Схема работы, эпюры изгибающих моментов и напряжений в сечениях растянуто-изгибаемого элемента показаны на рис. 5.2.
В сечениях растянуто-изгибаемого элемента от продольных растягивающих сил N возникают равномерные растягивающие напряжения, а от изгибающего момента М — напряжения изгиба, состоящие из сжатия на одной половине и растяжения на другой половине сечения. Эти напряжения суммируются с учётом их знаков, благодаря чему растягивающие напряжения увеличиваются, а сжимающие уменьшаются. Наибольшие напряжения растяжения действуют в крайних растянутых кромках сечения в месте действия максимального изгибающего момента.
Здесь и начинается разрушение элемента от разрыва растянутых волокон древесины. Растянуто-изгибаемые элементы — это такие же ответственные элементы, как и растянутые, и их рекомендуется изготовлять из древесины 1-го сорта. Прочность растянутых элементов в тех местах, где они ослаблены отверстиями или врезками, снижается дополнительно в результате концентрации напряжений у их краёв. Это учитывается снижающим коэффициентом условий работы то = 0,8.
Растянутые и внецентренно-растянутые элементы рассчиты-ваются только по первой группе предельных состояний.
Расчетные формулы
Расчёт по прочности растянутых элементов производится на растягивающую силу N от расчётных нагрузок:
, (5.1)
где N – расчётная продольная сила; Fнт– площадь поперечного сечения нетто; m0= 0,8 –коэффициент для растянутых элементов с ослаблением в расчётном сечении; Rр– расчётное сопротивление древесины вдоль волокон.
При наличии ослаблений в пределах длины, равной 0,20 м в разных сечениях, поверхность разрыва всегда проходит через них. Поэтому при определении ослабленной площади сечения Fнт все ослабления на этой длине суммируются, как бы совмещаются в одном сечении (рис. 5.1).
Расчёт растянуто-изгибаемых элементов производится по прочности на действие продольных растягивающих сил N и изгибающих моментов М от действующих расчётных нагрузок по формуле
. (5.2)
При наличии ослаблений в пределах длины равной 0,20 м в разных сечениях, при определении Wнт все ослабления на этой длине суммируются.
Искривление оси растянуто-изгибаемого элемента при изгибе несколько уменьшает изгибающий момент от внешних нагрузок в результате возникающего эксцентриситета продольных сил. В запас прочности этот обратный изгибающий момент не учитывается при расчёте. Отношение расчётных сопротивлений растяжению и изгибу Rр/Rи позволяет привести эти напряжения к общему значению, что необходимо для сравнения его с расчётным сопротивлением растяжению.
Рис. 5.1. Растянуто-изгибаемый элемент:
а — схема работы и эпюры изгибающих моментов;
б — эпюры нормальных напряжений
Дата добавления: 2016-11-02; просмотров: 1134 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов
Читайте также:
Рекомендуемый контект:
Поиск на сайте:
© 2015-2021 lektsii.org — Контакты — Последнее добавление
Источник
Центрально-растянутые элементы. Работа таких элементов под нагрузкой полностью соответствует диаграмме работы материала при растяжении.
Основная проверка для центрально-растянутых элементов — проверка прочности, относящаяся к первой группе предельных состояний.
Напряжения в центрально-растянутом элементе
σ=N / Aп ≤ Ryγc
где N— усилие в элементе от расчетных нагрузок; Aп — площадь поперечного сечения проверяемого элемента за вычетом ослаблений (площадь сечения нетто); Ry — расчетное сопротивление; γc — коэффициент условий работы.
Расчет по формуле выше предупреждает развитие пластических деформаций в ослабленном сечении элементов, выполненных из малоуглеродистых сталей и сталей повышенной прочности.
Расчет на прочность растянутых элементов конструкций из стали с отношением Ruγu > Ry эксплуатация которых возможна и после достижения металлом предела текучести, выполняют по формуле σ=N / Aп ≤ Ruγu / γuγn
где γu — коэффициент надежности при расчете по временному сопротивлению.
Кроме прочности растянутых элементов, необходимо обеспечить их достаточную жесткость, чтобы избежать повреждения элементов при перевозке и монтаже конструкций, а также в процессе их эксплуатации уменьшить провисание элементов от собственного веса и предотвратить вибрацию стержней при динамических нагрузках.
Для этой цели проверяют гибкость растянутых элементов, которая не должна превышать максимально допустимых значений [λ], приведенных в таблице ниже
λ = lef/i ≤ λ
где lef — расчетная длина элемента; i — радиус инерции сечения.
Предельные гибкости [λ] растянутых элементов
Элементы конструкций | Максимальная допускаемая гибкость | ||
в зданиях и сооружениях при нагрузках | в затворах ГТС | ||
статиче ских | динамических, приложенных непосредственно к конструкции | ||
1 | 2 | 3 | 4 |
Пояса и опорные раскосы плоских | |||
ферм | 400 | 250 | 250 |
Прочие элементы ферм | 400 | 350 | 350 |
Нижние пояса подкрановых балок | |||
и ферм | — | 150 | — |
Элементы продольных и поперечных связей в затворах ГТС | 150 | ||
Элементы вертикальных связей между колоннами (ниже подкрановых балок) | 300 | 300 | |
Прочие элементы связей | 400 | 400 | 400 |
Примечания. I. В сооружениях, не подвергающихся динамическим воздействиям. гибкость растянутых элементов проверяют только в вертикальной плоскости. 2. К динамическим нагрузкам, приложенным непосредственно к конструкциям, относятся нагрузки, принимаемые в расчетах на выносливость или в расчетах с учетом коэффициентов динамичности. 3. Для растянутых элементов, в которых при неблагоприятном расположении нагрузки может изменяться знак усилия, предельную гибкость принимают как для сжатых элементов; при этом соединительные прокладки в составных элементах следует устанавливать не реже чем через 40i
Центрально-сжатые элементы. Эти элементы рассчитывают по первой группе предельных состояний, при этом для коротких элементов, длина которых превышает наименьший поперечный размер не более чем в 5-6 раз, проверяют прочность по формуле выше, а для длинных гибких элементов — устойчивость по формуле
σ = N/φA = Ryγc/γn
где А — площадь поперечного сечения брутто; φ — коэффициент продольного изгиба, определяемый по таблице ниже по наибольшей гибкости λ или по формулам в зависимости от условной гибкости элемента; при 0 < λ ≤ 2,5:
Коэффициенты φ продольного изгиба центрально-сжатых стальных элементов
Гибкость элемента | Значения φ при Ry, МПа | |||||
200 | 240 | 280 | 320 | 360 | 400 | |
10 | 0,988 | 0,987 | 0,985 | 0,984 | 0,983 | 0,982 |
20 | 0,967 | 0,962 | 0,959 | 0,955 | 0,952 | 0,949 |
30 | 0,939 | 0,931 | 0,924 | 0,917 | 0,911 | 0,905 |
40 | 0.906 | 0,894 | 0,883 | 0,873 | 0,863 | 0,854 |
50 | 0,869 | 0,852 | 0,836 | 0,822 | 0,809 | 0,796 |
60 | 0,827 | 0,805 | 0,785 | 0,766 | 0,749 | 0,721 |
70 | 0,782 | 0,754 | 0,724 | 0,687 | 0,654 | 0,623 |
80 | 0,734 | 0,686 | 0,641 | 0,602 | 0,566 | 0,532 |
90 | 0,665 | 0,612 | 0,565 | 0,522 | 0,483 | 0,447 |
100 | 0,599 | 0,542 | 0,493 | 0,448 | 0,408 | 0,369 |
110 | 0,537 | 0,478 | 0,427 | 0,381 | 0,338 | 0,306 |
120 | 0,479 | 0,419 | 0,366 | 0,321 | 0,287 | 0,260 |
130 | 0,425 | 0,364 | 0,313 | 0,276 | 0,247 | 0,223 |
140 | 0,376 | 0,315 | 0,272 | 0,240 | 0,215 | 0,195 |
150 | 0,328 | 0,276 | 0,239 | 0,211 | 0,189 | 0,171 |
160 | 0,290 | 0,244 | 0,212 | 0,187 | 0,167 | 0,152 |
170 | 0,259 | 0,218 | 0,189 | 0,167 | 0,150 | 0,136 |
180 | 0,233 | 0,196 | 0,170 | 0,150 | 0,135 | 0,123 |
190 | 0,210 | 0,177 | 0,154 | 0,136 | 0,122 | 0,111 |
200 | 0,191 | 0,161 | 0,140 | 0,124 | 0,111 | 0,101 |
210 | 0,174 | 0,147 | 0,128 | 0,113 | 0,102 | 0,093 |
220 | 0,160 | 0,135 | 0,118 | 0,104 | 0,094 | 0,086 |
Коэффициенты μ для определения расчетных длин колонн и стоек постоянного сечения
Расчетная схема элемента | μ | Расчетная схема элемента | μ |
| 1 2 0,7 | 0,5 1,12 0,725 |
Учитывая традиционное соотношение размеров элементов в металлических конструкциях, основной является проверка устойчивости.
По формуле, выведенной Эйлером, потеря устойчивости центрально-сжатым элементом, шарнирно закрепленным по концам (основной случай), происходит при критической силе
Ncr = π2EImin / l2ef
где Е — модуль упругости; Imin — минимальный момент инерции поперечного сечения элемента; lef — расчетная длина стержня.
Соответственно критические напряжения
где imin= √Imin/A — минимальный радиус инерции.
Формула Эйлера выведена в предположении, что Е — величина постоянная, т. е. критические напряжения не превосходят предел пропорциональности материала. Для малоуглеродистых сталей, имеющих предел пропорциональности σel = 200 МПа, из формулы ниже можно получить наименьшую гибкость, при которой применима формула Эйлера:
Гибкость стержней не должна превышать предельных значений для сжатых элементов (таблица ниже).
Значения предельной допустимой гибкости [λ] для сжатых стержней
№ позиции | Элементы конструкций | λ |
1 | 2 | 3 |
1 | Пояса, опорные раскосы и стойки, передающие опорные реакции: а) плоских ферм и пространственных конструкций из труб или парных уголков высотой до 50 м; б) пространственных конструкций из одиночных уголков труб или парных уголков высотой более 50 м | 180-60α 120 |
2 | а) плоских ферм, сварных пространственных конструкций из одиночных уголков, пространственных конструкций из труб или парных уголков; б) пространственных конструкций из одиночных уголков с болтовыми соединениями | 210-60α 220-40α |
3 | Верхние пояса ферм, остающиеся незакрепленными в процессе монтажа | 220 |
4 | Основные колонны | 180-60α |
5 | Второстепенные колонны (стойки фахверка, фонарей и т. п.), элементы решетки колонн, элементы вертикальных связей между колоннами (ниже подкрановых балок) | 210-60α |
6 | Элементы связей (за исключением связей, указанных в п. 5), а также стержни, служащие для уменьшения расчетной длины сжатых стержней, и другие ненагруженные элементы | 200 |
7 | Сжатые и ненагруженные элементы пространственных конструкций таврового и крестового сечения, подверженные воздействию ветровых нагрузок, при проверке гибкости в вертикальной плоскости; элементы связей в затворах ГТС | 150 |
Примечание. α = N / φARyγc ≥ 0,5; в необходимых случаях вместо φ следует применять φе.
Проверка устойчивости центрально-сжатого элемента сводится к сравнению напряжений, равномерно распределенных по сечению, с критическим вычисленным с учетом случайных эксцентриситетов: σ=N/A ≤ σсr. Чтобы не вычислять каждый раз σсr для проверки устойчивости можно пользоваться формулой выше. Смысл коэффициента продольного изгиба φ состоит в том, что он уменьшает расчетное сопротивление до значений, обеспечивающих устойчивое равновесие стержня, т. е. до критического напряжения:
σсr = φ Ry или φ = σсrRy
С учетом влияния случайных эксцентриситетов
где σсr — критическое напряжение стержня, вычисленное по формуле Эйлера; σeсr — критическое напряжение стержня, сжимаемого силой, приложенной с возможным случайным эксцентриситетом е.
Источник
Как уже отмечалось, на работу древесины при растяжении существенно влияет наличие естественных пороков древесины (сучки, косослой и др.), поэтому для растянутых элементов рекомендуется применять древесину 1-го и 2-го сортов.
Расчет прочности центрально-растянутых деревянных элементов выполняется по формуле (5.1, в) (здесь и далее в расчетах центрально-растянутых деревянных элементов сохранены обозначения, принятые в СНиП 11-25-80):
где N — расчетная продольная сила; Fm — площадь поперечного сечения элемента нетто; Rp — расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон (принимается с коэффициентами условия работы тг значения которых определяются в соответствии с указаниями п. 3.2 СНиП И-25-80; так, при наличии ослаблений в расчетном сечении растянутых элементов следует учитывать коэффициент условия работы т0 = 0,8).
При определении площади нетто в растянутых деревянных конструкциях принимается во внимание, что при их разрушении линия разрыва может проходить через ослабления, расположенные не в одной плоскости. Поэтому ослабления, расположенные на длине 200 мм, суммируются (рис. 6.2).
Рис. 6.2. К определению площади нетто:
FHT — площадь сечения элемента нетто; Рослабл — площадь ослаблений
Нормы ограничивают гибкость центрально-растянутых деревянных элементов и отдельных ветвей. Предельные гибкости принимаются в соответствии с табл. 14СНиП П-25-80. Так, например, для растянутых элементов ферм в вертикальной плоскости предельная гибкость А,тах = 150, для прочих растянутых элементов ферм и других сквозных конструкций А,тах = 200.
Проверка гибкости выполняется по формуле (5.3, в):
где /0 — расчетная длина элемента; г — радиус инерции сечения; ^шах — предельная гибкость.
Порядок расчета центрально-растянутого деревянного элемента (тип 1)
- 1. Принимают древесину и ее сорт; определяют расчетное сопротивление растяжению вдоль волокон (для древесины сосны, ели) Rp (табл. 2.4); в случае если элемент выполнен из древесины других пород, расчетное сопротивление умножают на переходной коэффициент тп (табл. 2.5).
- 2. Определяют коэффициенты условия работы в соответствии с указаниями п. 3.2 СНиП И-25-80 (так, при наличии отверстий, врезок следует учитывать коэффициент условия работы т0 = 0,8).
- 3. Определяют требуемую площадь сечения нетто FTTpe6:
- • если элемент не имеет ослаблений (отверстий, врезок), площади сечения брутто и нетто равны, F- Fm;
- • если в элементе имеются ослабления, необходимо требуемую площадь сечения определять как сумму требуемой площади нетто и площади ослабления (величину ослабления назначают, предварительно задавшись толщиной элемента, впоследствии возможна корректировка принятых размеров).
- 4. По требуемой площади подбирают сечение элемента и определяют фактические значения площадей брутто, нетто, значения радиусов инерции сечения.
- 5. Выполняют проверку подобранного сечения:
- • проверяют гибкость: X = — ?1макс;
г
N
• проверяют прочность: о = — ILm .
F у
1 нт
Задача 2-го типа — проверка прочности центрально-растянутого элемента является частью задачи 1-го типа (выполнение п. 5 порядка расчета).
Примеры расчета центрально-растянутых элементов
Пример 6.1. Подобрать сечение стальной подвески, выполненной из листовой стали (рис. 6.3). Подвеска центрально-растянута силой N= 200 кН; уп= 1,0.
Решение
1. Принимаем сталь С 245; устанавливаем расчетное сопротивление стали по пределу текучести Ry = 240 МПа = 24 кН/см2 (табл. 2.2).
Рис. 6.3. К примеру 6.1
- 2. Устанавливаем величину коэффициента условия работы: ус = = 0,9 (табл. 2.3).
- 3. Определяем требуемую площадь сечения нетто Ап:
4. Принимаем толщину листа, из которого выполняется подвеска, и определяем площадь ослабления:
5. Определяем требуемую площадь сечения с учетом площади, занятой ослаблением:
6. Определяем требуемую ширину подвески и назначаем ее сечение:
принимаем сечение подвески 8 х 160 мм.
7. Проверяем прочность; для этого предварительно определяем фактическое значение площади сечения нетто:
прочность сечения обеспечена; нормами гибкость подвески не ограничивается (см. табл. 20 СНиП 11-23-81*).
Вывод. Принимаем сечение подвески 8 х 160 мм из стали С245.
Рис. Б.4. К примеру 6.2. Крепление затяжки к поясу фермы
Пример 6.2. Проверить прочность и гибкость центрально-растянутой деревянной затяжки треугольной безраскосной фермы, выполненной из доски сечением 50 х 125 мм, которая прикреплена к верхнему поясу стропильной фермы болтом d = 12 мм и четырьмя гвоздями d= 5 мм, /=150 мм (рис. 6.4). Древесина — сосна, сорт 1. Усилие в затяжке N= 34,0 кН; уп = 0,95. Расчетная длина /0 = 2,5 м. Условия эксплуатации фермы Б2.
Решение
1. Находим усилие в затяжке с учетом коэффициента надежности по ответственности уп:
2. Определяем расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон:
3. Определяем коэффициенты условий работы:
4. Находим площадь сечения нетто:
5. Проверяем прочность затяжки:
прочность обеспечена.
6. Определяем радиусы инерции затяжки (табл. 5.2):
/
7. В соответствии с табл. 14 СНиП П-25-80 для прочих растянутых элементов ферм (к которым относится затяжка) предельная гибкость А,тах = 200. Проверяем гибкость затяжки:
Вывод. Прочность и гибкость затяжки отвечают требованиям норм.
Задачи для самостоятельной работы
Задача 6.1. Проверить прочность и гибкость стального центрально-растянутого стержня круглого сечения (рис. 6.5). Растягивающая сила N= 30 кН, уп = 0,9. Сталь С345; ус = 0,95. Расчетная длина стержня lef = 1000 мм. Предельная гибкость А,пред = 400.
Рис. 6.5. К задаче 6.1
Задача 6.2. Подобрать сечение центрально-растянутого нижнего пояса деревянной фермы. Материал: брус, сосна, сорт 2. Условия эксплуатации Б2 (тв = 1,0). В нижнем поясе имеется ослабление за счет врезки (т0 = 0,8) глубиной Авр = 4 см (рис. 6.6). На нижний пояс действует растягивающая сила 7V= 200 кН; уп = 0,95. Расчетная длина /0 = 3,0 м. СНиП Н-25-80 ограничивает предельную гибкость растянутых поясов в вертикальной плоскости А,тах = 150.
Рис. 6.6. К задаче 6.2
Источник
Внутренние усилия при растяжении-сжатии.
Осевое (центральное) растяжение или сжатие прямого бруса вызывается внешними силами, вектор равнодействующей которых совпадает с осью бруса. При растяжении или сжатии в поперечных сечениях бруса возникают только продольные силы N. Продольная сила N в некотором сечении равна алгебраической сумме проекции на ось стержня всех внешних сил, действующих по одну сторону от рассматриваемого сечения. По правилу знаков продольной силы N принято считать, что от растягивающих внешних нагрузок возникают положительные продольные силы N, а от сжимающих — продольные силы N отрицательны (рис. 5).
Чтобы выявить участки стержня или его сечения, где продольная сила имеет наибольшее значение, строят эпюру продольных сил, применяя метод сечений, подробно рассмотренный в статье:
Анализ внутренних силовых факторов в статистически определимых системах
Ещё настоятельно рекомендую взглянуть на статью:
Расчёт статистически определимого бруса
Если разберёте теорию в данной статье и задачи по ссылкам, то станете гуру в теме «Растяжение-сжатие» =)
Напряжения при растяжении-сжатии.
Определенная методом сечений продольная сила N, является равнодействующей внутренних усилий распределенных по поперечному сечению стержня (рис. 2, б). Исходя из определения напряжений, согласно выражению (1), можно записать для продольной силы:
где σ — нормальное напряжение в произвольной точке поперечного сечения стержня.
Чтобы определить нормальные напряжения в любой точке бруса необходимо знать закон их распределения по поперечному сечению бруса. Экспериментальные исследования показывают: если нанести на поверхность стержня ряд взаимно перпендикулярных линий, то после приложения внешней растягивающей нагрузки поперечные линии не искривляются и остаются параллельными друг другу (рис.6, а). Об этом явлении говорит гипотеза плоских сечений (гипотеза Бернулли): сечения, плоские до деформации, остаются плоскими и после деформации.
Так как все продольные волокна стержня деформируются одинаково, то и напряжения в поперечном сечении одинаковы, а эпюра напряжений σ по высоте поперечного сечения стержня выглядит, как показано на рис.6, б. Видно, что напряжения равномерно распределены по поперечному сечению стержня, т.е. во всех точках сечения σ = const. Выражение для определения величины напряжения имеет вид:
Таким образом, нормальные напряжения, возникающие в поперечных сечениях растянутого или сжатого бруса, равны отношению продольной силы к площади его поперечного сечения. Нормальные напряжения принято считать положительными при растяжении и отрицательными при сжатии.
Деформации при растяжении-сжатии.
Рассмотрим деформации, возникающие при растяжении (сжатии) стержня (рис.6, а). Под действием силы F брус удлиняется на некоторую величину Δl называемую абсолютным удлинением, или абсолютной продольной деформацией, которая численно равна разности длины бруса после деформации l1 и его длины до деформации l
Отношение абсолютной продольной деформации бруса Δl к его первоначальной длине l называют относительным удлинением, или относительной продольной деформацией:
При растяжении продольная деформация положительна, а при сжатии – отрицательна. Для большинства конструкционных материалов на стадии упругой деформации выполняется закон Гука (4), устанавливающий линейную зависимость между напряжениями и деформациями:
где модуль продольной упругости Е, называемый еще модулем упругости первого рода является коэффициентом пропорциональности, между напряжениями и деформациями. Он характеризует жесткость материала при растяжении или сжатии (табл. 1).
Таблица 1
Модуль продольной упругости для различных материалов
Абсолютная поперечная деформация бруса равна разности размеров поперечного сечения после и до деформации:
Соответственно, относительную поперечную деформацию определяют по формуле:
При растяжении размеры поперечного сечения бруса уменьшаются, и ε’ имеет отрицательное значение. Опытом установлено, что в пределах действия закона Гука при растяжении бруса поперечная деформация прямо пропорциональна продольной. Отношение поперечной деформации ε’ к продольной деформации ε называется коэффициентом поперечной деформации, или коэффициентом Пуассона μ:
Экспериментально установлено, что на упругой стадии нагружения любого материала значение μ = const и для различных материалов значения коэффициента Пуассона находятся в пределах от 0 до 0,5 (табл. 2).
Таблица 2
Коэффициент Пуассона.
Абсолютное удлинение стержня Δl прямо пропорционально продольной силе N:
Данной формулой можно пользоваться для вычисления абсолютного удлинения участка стержня длиной l при условии, что в пределах этого участка значение продольной силы постоянно. В случае, когда продольная сила N изменяется в пределах участка стержня, Δl определяют интегрированием в пределах этого участка:
Произведение (Е·А) называют жесткостью сечения стержня при растяжении (сжатии).
Механические свойства материалов.
Основными механическими свойствами материалов при их деформации являются прочность, пластичность, хрупкость, упругость и твердость.
Прочность — способность материала сопротивляться воздействию внешних сил, не разрушаясь и без появления остаточных деформаций.
Пластичность – свойство материала выдерживать без разрушения большие остаточные деформации. Неисчезающие после снятия внешних нагрузок деформации называются пластическими.
Хрупкость – свойство материала разрушаться при очень малых остаточных деформациях (например, чугун, бетон, стекло).
Идеальная упругость – свойство материала (тела) полностью восстанавливать свою форму и размеры после устранения причин, вызвавших деформацию.
Твердость – свойство материала сопротивляться проникновению в него других тел.
Рассмотрим диаграмму растяжения стержня из малоуглеродистой стали. Пусть круглый стержень длинной l0 и начальным постоянным поперечным сечением площади A0 статически растягивается с обоих торцов силой F.
Диаграмма сжатия стержня имеет вид (рис. 10, а)
где Δl = l — l0 абсолютное удлинение стержня; ε = Δl / l0 — относительное продольное удлинение стержня; σ = F / A0 — нормальное напряжение; E — модуль Юнга; σп — предел пропорциональности; σуп — предел упругости; σт — предел текучести; σв — предел прочности (временное сопротивление); εост — остаточная деформация после снятия внешних нагрузок. Для материалов, не имеющих ярко выраженную площадку текучести, вводят условный предел текучести σ0,2 — напряжение, при котором достигается 0,2% остаточной деформации. При достижении предела прочности в центре стержня возникает локальное утончение его диаметра («шейка»). Дальнейшее абсолютное удлинение стержня идет в зоне шейки ( зона местной текучести). При достижении напряжением предела текучести σт глянцевая поверхность стержня становится немного матовой – на его поверхности появляются микротрещины (линии Людерса-Чернова), направленные под углом 45° к оси стержня.
Расчеты на прочность и жесткость при растяжении и сжатии.
Опасным сечением при растяжении и сжатии называется поперечное сечение бруса, в котором возникает максимальное нормальное напряжение. Допускаемые напряжения вычисляются по формуле:
где σпред — предельное напряжение (σпред = σт — для пластических материалов и σпред = σв — для хрупких материалов); [n] — коэффициент запаса прочности. Для пластических материалов [n] = [nт] = 1,2 … 2,5; для хрупких материалов [n] = [nв] = 2 … 5, а для древесины [n] = 8 ÷ 12.
Расчеты на прочность при растяжении и сжатии.
Целью расчета любой конструкции является использование полученных результатов для оценки пригодности этой конструкции к эксплуатации при минимальном расходе материала, что находит отражение в методах расчета на прочность и жесткость.
Условие прочности стержня при его растяжении (сжатии):
При проектном расчете определяется площадь опасного сечения стержня:
При определении допускаемой нагрузки рассчитывается допускаемая нормальная сила:
Расчет на жесткость при растяжении и сжатии.
Работоспособность стержня определяется его предельной деформацией [ l ]. Абсолютное удлинение стержня должно удовлетворять условию:
Часто дополнительно делают расчет на жесткость отдельных участков стержня.
Следующая важная статья теории:
Изгиб балки
Источник