Конструкційна міцність

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Jump to navigation Jump to search

Конструкці́йна мі́цність (англ. structural strength) — міцність матеріалу конструкції з урахуванням конструкційних, технологічних і експлуатаційних чинників.

Висока міцність сама по собі ще не є достатнім показником якості матеріалу і його придатності для виготовлення тієї чи іншої конструкції. Для забезпечення працездатності матеріалу необхідне поєднання достатньо високих показників міцності, пластичності, ударної в'язкості, в'язкості руйнування, низького значення температурного порогу крихкості тощо. У зв'язку з цим у сучасній техніці разом із показниками міцності, отриманими при стандартних випробуваннях зразків, які є характеристикою так званої загальної міцності матеріалу, використовують таке поняття, як конструкційна міцність, під якою розуміють комплекс показників, що визначають працездатність матеріалу в конкретній конструкції за даних умов експлуатації.

Загальні поняття[ред.ред. код]

В результаті механічних випробувань стандартизованих зразків матеріалів з використанням випробувальних машин отримують такі характеристики:

Усі вони характеризують загальну міцність матеріалу незалежно від призначення конструкції та умов експлуатації. Високі експлуатаційні характеристики деталі можуть бути забезпеченими за умови врахування усіх особливостей, що мають місце у процесі роботи деталі, і визначають її конструкційну міцність.

Конструкційна міцність — це складне поняття, що вміщує як характеристики самого матеріалу, так і надійність та довговічність його роботи в реальній конструкції. Невідповідність між конструкційною міцністю і міцністю матеріалу, що визначена на зразку з використанням випробних машин, залежить від:

  • форми та розмірів деталі (наявністю джерел концентрації напружень: отворів, нарізі, рівців тощо);
  • різних механізмів руйнування матеріалу деталі;
  • стану матеріалу у поверхневих шарах деталі;
  • анізотропії властивостей матеріалу;
  • характеристик середовища, що контактує з поверхнями деталі тощо.

Конструкційну міцність оцінюють на основі розрахунків, використовуючи методи теорій пружності, пластичності, повзучості і витривалості матеріалів, методи механіки руйнування. Вдаються й до експериментальних досліджень. Конструкційна міцність — одна з основних характеристик конструкційних матеріалів.

Складові конструкційної міцності[ред.ред. код]

Конструкційна міцність може визначається чотирма основними критеріями: механічною жорсткістю конструкції, міцністю матеріалу, надійністю і довговічністю конструкції.

Жорсткість конструкції — властивість конструкції чинити опір деформуванню; фізико-геометрична характеристика поперечного перерізу елемента конструкції. При простих деформаціях у межах дії закону Гука закону жорсткість визначається як добуток модуля Юнга (E) на ту чи іншу геометричну характеристику поперечного перерізу елемента (на площу поперечного перерізу — при розтягу-стиску і деформації зсуву, на осьовий момент інерції — при згині тощо). Величина, обернена жорсткості називається піддатливістю. В авіаційній і ракетній техніці часто оцінюють питому жорсткість — відношення жорсткості до густини матеріалу конструкції.

Міцність — здатність матеріалу витримувати напруження без руйнування[1]. Така міцність залежить від структури матеріалу, форми і розмірів тіла, виду напруженого стану (розтягу-стиску, згину, зсуву, кручення тощо), особливостей навантажування, температури, впливу навколишнього середовища, стану поверхні та ін. Характеристики міцності визначають в результаті статичних випробувань на розтяг (границя міцності, границя витривалості, границя текучості). Як і у випадку механічної жорсткості враховують густину і часто оперують поняттям питомої міцності. Модуль Юнга і границя текучості є розрахунковими характеристиками, що визначають допустиме навантаження.

Докладніше: Міцність

Надійність конструкції — властивість об'єкта зберігати у часі в установлених межах значення всіх параметрів, які характеризують здатність виконувати потрібні функції в заданих режимах та умовах застосування, технічного обслуговування, зберігання та транспортування[2]. Надійність виробів визначається, з одного боку, властивостями самих виробів (конструктивними факторами, якістю складання, зварювання, виготовлення, обслуговування тощо) з іншого боку — властивостями матеріалу. Властивості матеріалів чинять вирішальний вплив на надійність виробів.

Показники надійності визначають здебільшого розрахунками, випробуваннями (визначальними, контрольними, прискореними, неруйнівними, зокрема з використанням даних, що одержані методами дефектоскопії та інтроскопії), моделюванням на ЕОМ, статистичною обробкою даних про експлуатаційні відмови.

Критеріями, що визначають надійність конструкції є температурні пороги холодноламкості матеріалу, опір поширенню тріщин, ударна в'язкість, характеристики пластичності, повзучість тощо.

Надійність виробів підвищують оптимальним використанням фізико-хімічних властивостей конструкційних матеріалів, конструктивними рішеннями (наприклад, методами резервування й надлишковості). Вдаються також до досконаліших способів виготовлення, складання, контролю і випробування виробів, забезпечують належні умови експлуатації, технічного обслуговування, ремонту, зберігання і транспортування виробів.

Докладніше: Надійність

Довговічність конструкції — властивість об'єкта виконувати потрібні функції до переходу у граничний стан при встановленій системі технічного обслуговування та ремонту[2].

Довговічність залежить від умов експлуатації і визначається:

Докладніше: Довговічність

Принципи вибору критеріїв конструктивної міцності[ред.ред. код]

Загальними принципами вибору критеріїв для оцінки конструкційної міцності є аналогія:

  • виду напруженого стану у випробувальних зразках та виробах;
  • умов випробування зразків і умов експлуатації (температура, середовище, порядок навантаження тощо);
  • характеру руйнування та виду зламу у зразку та виробі.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. ДСТУ 2825-94 Розрахунки та випробування на міцність Терміни та визначення основних понять.
  2. а б ДСТУ 2860-94 Надійність техніки. Терміни та визначення.

Джерела[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]