2.3. Характеристика материалов

Изучение этой темы позволяет получить представление о свойствах конструкционных материалов, о влиянии на них таких факторов, как температура, скорость нагружения. Кроме того, необходимо уяснить физический смысл таких явлений - как ползучесть, релаксация напряжений, наклеп, выносливость (усталость), концентрация напряжений, динамичес­кая прочность. Сведения о поведении материала в различных условиях необходимы для того, чтобы правильно рассчитывать надежные размеры элементов конструкции, при которых она - выдержит различные сочетания нагрузок.

Желательно ознакомиться с методами определения напря­жений в работающих деталях, в частности, с методом электротензометрии.

Вопросы, для самопроверки

1. Что называется твердостью материала и как ее опреде­ляют? Связь твердости и прочности для некоторых материа­лов.

2. Что называется выносливостью (усталостью) материа­ла?

3. Как влияет температура на механические характеристи­ки материалов?

4. Как проявляются явления ползучести материалов и ре­лаксации напряжений?

5. Что называется наклепом материала?

6. В каких случаях в деталях машин возникает концент­рация напряжений? Что называется коэффициентом концен­трации напряжений?

7. Методы экспериментального определения напряжений в деталях машин и их сущность.

2.4. Сдвиг, срез, сжатие

Сначала надо уяснить понятие «чистый сдвиг». При изу­чении деформаций обратить внимание на то, что одна из ди­агоналей выделенного элемента, по граням которого действу­ют касательные напряжения, удлиняется, а другая укорачи­вается. Существует взаимосвязь между деформациями сдви­га и растяжения-сжатия, она выражается формулой , являющейся математической зависимостью между модулем упругости при растяжении и сжатии Е и модулем сдвига G. Заслуживает внимания аналогия законов Гука при сдвиге (τ=G*γ) и при растяжении или сжатии (σ= Еε). Сле­дует иметь в виду, что касательные напряжения в плоскости среза принято считать равномерно распределенными. Следует обратить внимание на основные допущения, положенные в ос­нову расчета на смятие. Необходимо рассмотреть примеры практического применения теории сдвига (расчеты на срез заклепочных и сварных соединений).

Вопросы для самопроверки

1. Что называется деформацией чистого сдвига?

2. Сформулируйте условие прочности при расчетах на срез.

3. Что такое смятие? На каких допущениях основаны расчеты на смятие?

4. Как определяется площадь смятия, если ее поверхность плоская и поверхность смятия цилиндрическая?

5. Как определяются напряжения в поперечном сечении бруса при чистом сдвиге?

6. Сформулируйте закон Гука для деформации сдвига. Каков физический смысл модуля сдвига?

7. Какая существует зависимость между модулями упругости при растяжении (сжатии) и модулем сдвига?

8. Как рассчитываются заклепочные и сварные соединения на срез?

2.5. Кручениe

Изучение этой темы начните с уяснения допущений (гипотез), на которых основана элементарная теория кручения стержня круглого сечения.

Разберитесь с вопросами построения эпюры крутящих моментов, наглядно показывающей изменение значения крутящего момента по длине вала. Необходимо уметь выводить формулу для напряжений при кручении вала круглого сечения.

Стержень, работающий на кручение, называется валом. Касательные напряжения в поперечном сечении вала распределяются неравномерно, изменяясь по линейному закону — от нуля на оси до максимального значения у поверхности.

Обратить внимание на характеристику сечения—поляр­ный момент инерции J_р и его определение для сплошных круглых и кольцевых сечений. Необходимо уметь рассчитывать диаметр вала из условия прочности но касательным напряжениям и из условия жесткости.

Научитесь рассчитывать напряжения в сечении витка ци­линдрической пружины малого шага. Это удобно выполнять с помощью эпюр напряжений.

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение понятию «крутящий момент в по­перечном сечении бруса».

2. Что такое эпюра крутящих моментов? Как производит­ся ее построение?

3. Какие напряжения возникают в поперечном сечении круглого вала при кручении? Как находится их значение в произвольной точке поперечного сечения?

4. Как определить в любой точке поперечного сечения ва­ла значение крутящего момента?

5. На каких гипотезах и допущениях основаны выводы расчетных зависимостей при кручении?

6. По какому закону распределяются напряжения в по­перечном сечении круглого вала при кручении?

6. Что является мерой деформации при кручении?

6. По какой формуле определяется значение деформации при кручении (относительный угол закручивания) в радианах на метр и градусах на метр длины?

7. По каким формулам определяется полярный момент инерции круга и кругового кольца?

10. Что такое жесткость вала при кручении?

11. Какие задачи решаются по условию прочности при кручении?