8 (Предел текучести) Количество измерений(частота).3. Нормативные и расчетные сопротивления

Основными показателями сопротивления металла силовым воздействиям являются нормативные сопротивления R_yn и R_un, установленные в соответствии с пределом текучести (или условным пределом текучести) и пределом прочности.

Значение R_yn и R_un регламентируются нормами проектирования. При этом учитывается статистическая изменчивость сопротивлений. Нужно, чтобы обеспеченность составляла не менее 0,95.

Гистограмма распределения прочности металла

Рис. 8.2. Гистограмма распределения прочности металла.

Значение нормативного сопротивления принимают в зависимости от характера работы конструкции и свойств стали.

В большинстве случаев при вычислениях пользуются нормативным сопротивлением по пределу текучести, т.к. при превышении напряжениями предела текучести в элементах, изгибающихся или растягивающихся, развиваются пластические деформации и наблюдаются большие перемещения. Сжатые элементы теряют устойчивость. В случаях, когда применяются пластичные сплавы и согласно характеру работы конструкции допускаются значительные деформации, нормативное сопротивление принимают по пределу прочности.

Расчетное сопротивление определяют путем деления нормативных сопротивлений на коэффициент надежности по материалу _m.

Этот коэффициент учитывает:

то, что механические свойства металлов проверяются на металлургических заводах путем выборочных испытаний и в конструкции может попасть металл со свойствами ниже, чем установлены стандартами;

механические свойства контролируют при осевом растяжении на небольших образцах, а в действительности металл работает в крупноразмерных конструкциях при сложных напряженных состояниях;

сортамент металлопроката может иметь отрицательные (минусовые) допуски к размерам.

Значение коэффициента надежности по материалу _m зависит от статистических данных об однородности металла. Для углеродистых сталей, которые массово выпускаются длительное время по хорошо отработанной технологии и для которых хорошо известно, как они ведут себя в конструкциях, значения _m наименьшие _m = 1,025. Ведь для новых сталей _m = 1,15. Значение нормативных R_yn, R_un и расчетных R_y, R_u сопротивлений и коэффициентов надежности по материалу помещены в СНиП II-23-81*. Указанные сопротивления служат для оценки прочности элементов конструкций на действие растяжения, сжатия и изгиба.

Для других напряженных состояний: смещение (R_s), смятие торцевой поверхности (R_p), растяжение поперек толщины проката (R_th) - нормативные документы устанавливают другие значения сопротивлений.

8.4. Работа стали в сложном напряженном состоянии

В случае сложного напряженного состояния (например, плоского напряженного состояния, когда образец растягивается в двух направлениях, или при совместном действии нормальных и касательных напряжений при изгибе) работу металла принято оценивать через приведенные напряжения, вычисленные по энергетической теории

,

где _i, _ij – соответственно нормальные и касательные напряжения.

Вид напряженного состояния влияет на механические характеристики металла.

Диаграммы деформирования стали при различных напряженных состояниях:

	1. 1  0 2 = 3 = 0 2. 1  0 2  0 3 = 0 3. 1  0 2  0 3 = 0 4. 1  0 2  0 3  0
Рис. 8.3. Диаграммы деформирования стали при различных напряженных состояниях.

Однозначные плоское и объемное напряженные состояния (кривые 3, 4) значительно снижают относительное удлинение металла, но повышают характеристику прочности.

Напряжения различных знаков способствуют развитию пластических деформаций (кривая 2), но ухудшают характеристики прочности. Таким образом, можно сказать, что сложное напряженное состояние всегда ухудшает эксплуатационные качества металла. В первом случае повышается хрупкость металла, во втором - снижается его прочность.

В случае простого изгиба при действии нормальных и касательных напряжений приведенные напряжения вычисляются

Для плоского напряженного состояния

Через главные напряжения ₁, ₂ , ₃

Работа стали при концентрации напряжений.

Негативно влияют на прочность конструкций концентраторы напряжений. К концентраторам относятся любые изменения формы образца (отверстия, надрезы).

В гладких образцах правильной формы напряжения во всех сечениях распределяются равномерно, а силовые линии прямолинейно.

Рис. 8.4. Траектории главных напряжений та их концентрация в местах изменения сечения.

Если в плоском образце сделать отверстия или надрезы, линии силового потока будут огибать новые границы. Отклонения силовых линий от прямой свидетельствуют о наличии напряжений, действующих в двух направлениях, т.е. возникает двухосное напряженное состояние. Отношение наибольшего напряжения в месте концентратора до среднего напряжения по сечению образца называется коэффициентом концентрации. Чем меньше радиус кривизны концентратора, тем выше значение коэффициента концентрации.

Наличие вблизи концентраторов сложного напряженного состояния с высоким уровнем напряжений создает условия хрупкого разрушения и образования трещин. Поэтому при конструировании необходимо избегать острых концентраторов, а сопряжение выполнять плавно.

Концентрация напряжений не очень влияет на прочность при статических нагрузках.

При динамических нагрузках, низких температурах, пластических деформациях, возникающих в процессе холодной обработки металла, концентраторы значительно снижают пластичность стали.