허용(허용) 응력은 응력 값으로, 주어진 하중에 대해 계산된 요소 단면 치수를 계산할 때 허용 가능한 최대값으로 간주됩니다. 허용 인장, 압축 및 전단 응력에 대해 이야기할 수 있습니다. 허용 전압은 관할 당국(예: 브리지 철도), 또는 재료의 특성 및 사용 조건을 잘 알고 있는 설계자가 선택합니다. 허용 응력은 구조물의 최대 작동 응력을 제한합니다.
구조를 설계할 때 목표는 신뢰할 수 있는 동시에 매우 가볍고 경제적인 구조를 만드는 것입니다. 신뢰성은 각 요소에 최대 작동 응력이이 요소의 강도 손실을 유발하는 응력보다 어느 정도 적은 치수가 제공된다는 사실에 의해 보장됩니다. 힘의 상실이 반드시 실패를 의미하는 것은 아닙니다. 기계 또는 건물 구조는 기능을 만족스럽게 수행할 수 없을 때 고장난 것으로 간주됩니다. 일반적으로 플라스틱 재료로 만들어진 부품은 응력이 항복 강도에 도달하면 강도를 잃습니다. 이 경우 부품이 너무 많이 변형되어 기계 또는 구조가 의도한 목적에 적합하지 않기 때문입니다. 부품이 부서지기 쉬운 재료로 만들어지면 거의 변형되지 않으며 강도 손실은 파괴와 일치합니다.
재료가 강도를 잃는 응력과 허용 응력의 차이는 우발적 과부하 가능성, 가정 및 불확실한 조건 단순화와 관련된 계산 부정확성, 존재 여부를 고려하여 고려해야 하는 "안전 한계"입니다. 감지되지 않은(또는 감지할 수 없는) 재료 결함 및 금속 부식, 목재 부식 등으로 인한 강도 감소
모든 구조 요소의 안전 계수는 비율과 같습니다. 극한 하중, 허용 응력을 생성하는 하중으로 요소의 강도 손실을 유발합니다. 이 경우 강도의 손실은 요소의 파괴뿐만 아니라 요소의 잔류 변형의 출현으로도 이해됩니다. 따라서 플라스틱 재료로 만들어진 구조 요소의 경우 극한 응력은 항복 강도입니다. 대부분의 경우 구조요소의 작용응력은 하중에 비례하므로 안전율은 극한강도와 허용응력의 비(극한강도에 대한 안전율)로 정의된다.
허용(허용) 전압- 이것은 주어진 하중에 대해 계산된 요소 단면 치수를 계산할 때 허용 가능한 최대값으로 간주되는 응력 값입니다. 허용 인장, 압축 및 전단 응력에 대해 이야기할 수 있습니다. 허용 응력은 권한 있는 기관(예: 철도 제어 교량 부서)에서 지정하거나 재료의 특성과 사용 조건을 잘 알고 있는 설계자가 선택합니다. 허용 응력은 구조물의 최대 작동 응력을 제한합니다.
구조를 설계할 때 목표는 신뢰할 수 있는 동시에 매우 가볍고 경제적인 구조를 만드는 것입니다. 신뢰성은 각 요소에 최대 작동 응력이이 요소의 강도 손실을 유발하는 응력보다 어느 정도 적은 치수가 제공된다는 사실에 의해 보장됩니다. 힘의 상실이 반드시 실패를 의미하는 것은 아닙니다. 기계 또는 건물 구조는 기능을 만족스럽게 수행할 수 없을 때 고장난 것으로 간주됩니다. 일반적으로 플라스틱 재료로 만들어진 부품은 응력이 항복 강도에 도달하면 강도를 잃습니다. 이 경우 부품이 너무 많이 변형되어 기계 또는 구조가 의도한 목적에 적합하지 않기 때문입니다. 부품이 부서지기 쉬운 재료로 만들어지면 거의 변형되지 않으며 강도 손실은 파괴와 일치합니다.
안전마진.재료가 강도를 잃는 응력과 허용 응력의 차이는 우발적 과부하 가능성, 가정 및 불확실한 조건 단순화와 관련된 계산 부정확성, 존재 여부를 고려하여 고려해야 하는 "안전 한계"입니다. 감지되지 않은(또는 감지할 수 없는) 재료 결함 및 금속 부식, 목재 부식 등으로 인한 강도 감소
주식 요인.모든 구조 요소의 안전 계수는 허용 응력을 생성하는 하중에 대한 요소의 강도 손실을 유발하는 극한 하중의 비율과 같습니다. 이 경우 강도의 손실은 요소의 파괴뿐만 아니라 요소의 잔류 변형의 출현으로도 이해됩니다. 따라서 플라스틱 재료로 만들어진 구조 요소의 경우 극한 응력은 항복 강도입니다. 대부분의 경우 구조요소의 작용응력은 하중에 비례하므로 안전율은 극한강도와 허용응력의 비(극한강도에 대한 안전율)로 정의된다. 따라서 구조용 강철의 인장 강도가 540MPa이고 허용 응력이 180MPa인 경우 안전 계수는 3입니다.
기계 공학에서 허용 응력을 결정하기 위해 다음과 같은 기본 방법이 사용됩니다.
1. 차별화된 안전 마진은 재료의 신뢰성, 부품의 책임 정도, 계산 공식의 정확성, 작용력 및 기타 요인을 고려하는 여러 부분 계수의 곱으로 발견됩니다. 부품의 작업 조건을 결정합니다.
2. 표 - 허용응력은 표 형태로 체계화된 기준에 따라 취한다.
(표 1 - 7). 이 방법은 덜 정확하지만 설계 및 검증 강도 계산에서 실제 사용에 가장 간단하고 편리합니다.
디자인 국의 작업과 기계 부품의 계산에서 차별화되고 표 방법 및 그 조합. 테이블에서. 4 - 6은 특별한 계산법이 개발되지 않은 비표준 주물품의 허용응력과 그에 따른 허용응력을 나타냅니다. 일반적인 부품(예: 기어 및 웜 휠, 풀리)은 핸드북의 관련 섹션 또는 특별 문헌에 제공된 방법에 따라 계산해야 합니다.
주어진 허용 응력은 주요 하중에 대한 대략적인 계산을 위한 것입니다. 더 정확한 계산을 위해 추가 하중(예: 동적)을 고려하여 테이블 값을 20~30% 늘려야 합니다.
허용 응력은 직경 6-12mm의 매끄럽게 연마된 강철 샘플과 직경 30mm의 미처리 원형 주철 주물에 대해 계산된 부품의 응력 집중 및 치수를 고려하지 않고 제공됩니다. 계산된 부품에서 가장 높은 응력을 결정할 때 정격 응력 σ nom 및 τ nom에 집중 계수 k σ 또는 k τ를 곱해야 합니다.
1. 허용 응력*
탄소강용 보통 품질열간 압연
2. 기계적 성질 및 허용응력
탄소 품질 구조용 강재
3. 기계적 성질 및 허용응력
합금 구조용 강
4. 기계적 성질 및 허용응력
탄소강 및 합금강으로 만든 주물용
5. 기계적 성질 및 허용응력
회주철 주물용
6. 기계적 성질 및 허용응력
연성 철 주물용
을 위한 연성(비경화) 강정적 응력(I 유형의 하중)에서 집중 계수는 고려되지 않습니다. 균질강(σ in > 1300 MPa 및 저온에서 작동하는 경우)의 경우 응력 집중이 있는 경우 집중 계수도 하중 하에서 고려됩니다. 나형태(k > 1). 가변 하중이 작용하고 응력 집중이 있는 연성 강의 경우 이러한 응력을 고려해야 합니다.
을 위한 주철대부분의 경우 응력 집중 계수는 거의 모든 유형의 하중(I - III)에 대해 1과 동일하게 취합니다. 부품의 치수를 고려하여 강도를 계산할 때 주조 부품에 대해 주어진 표 형식의 허용 응력에 1.4 ... 5와 같은 배율을 곱해야 합니다.
대칭 주기가 있는 하중 사례에 대한 피로 한계의 대략적인 경험적 종속성:
탄소강의 경우:
- 구부릴 때 σ -1 \u003d (0.40 ÷ 0.46) σ in;
σ -1р = (0.65÷0.75)σ -1;
- 비틀었을 때 τ -1 =(0.55÷0.65)σ -1;
합금강의 경우:
- 구부릴 때 σ -1 \u003d (0.45 ÷ 0.55) σ in;
- 인장 또는 압축, σ -1р = (0.70÷0.90)σ -1;
- 비틀었을 때 τ -1 =(0.50÷0.65)σ -1;
강철 주물을 위해:
- 구부릴 때 σ -1 \u003d (0.35 ÷ 0.45) σ in;
- 인장 또는 압축, σ -1р = (0.65÷0.75)σ -1;
- 비틀었을 때 τ -1 =(0.55÷0.65)σ -1.
마찰 방지 주철의 기계적 특성 및 허용 응력:
- 굽힘의 극한 강도 250 - 300 MPa,
- 허용 굽힘 응력: I의 경우 95 MPa; 70 MPa - II: 45 MPa - III, 여기서 I. II, III - 하중 유형 지정, 표 참조. 하나.
인장 및 압축 시 비철금속에 대한 대략적인 허용 응력. MPa:
– 30…110 – 구리의 경우;
- 60 ... 130 - 황동;
- 50 ... 110 - 청동;
- 25 ... 70 - 알루미늄;
- 70 ... 140 - 두랄루민.
궁극적인 전압재료에 위험한 상태가 발생하는 응력(파괴 또는 위험한 변형)을 고려하십시오.
을 위한 플라스틱재료, 극한 응력이 고려됩니다 항복 강도,왜냐하면 하중이 제거된 후에도 소성 변형이 사라지지 않습니다.
을 위한 부서지기 쉬운소성변형이 없고 취성유형에 따라 파단이 발생하는 재료(넥이 형성되지 않음), 극한응력을 취함 인장 강도:
을 위한 플라스틱 부서지기 쉬운재료, 제한 응력은 0.2%(100.2)의 최대 변형에 해당하는 응력으로 간주됩니다.
허용 전압- 재료가 정상적으로 작동해야 하는 최대 전압.
허용 응력은 안전 여유를 고려하여 제한 응력에 따라 얻습니다.
어디서 [σ] - 허용 응력; 에스- 안전 요소; [s] - 허용되는 안전 계수.
메모.대괄호 안에는 수량의 허용 값을 지정하는 것이 일반적입니다.
허용 안전 계수재료의 품질, 부품의 작업 조건, 부품의 목적, 처리 및 계산의 정확성 등에 따라 다릅니다.
단순한 부품의 경우 1.25부터 다음에서 작동하는 복잡한 부품의 경우 12.5까지 다양합니다. 가변 하중충격 및 진동 조건에서.
압축 시험 중 재료 거동의 특징:
1. 플라스틱 재료는 인장과 압축이 거의 동일하게 작용합니다. 인장 및 압축의 기계적 특성은 동일합니다.
2. 취성 재료는 일반적으로 인장 강도보다 압축 강도가 더 큽니다. σ vr< σ вс.
인장 및 압축의 허용 응력이 다른 경우 [σ p](인장), [σ c](압축)로 지정됩니다.
인장 및 압축 강도 계산
강도 계산은 강도 조건에 따라 수행됩니다. 즉, 불평등이 충족되면 주어진 조건에서 부품의 강도가 보장됩니다.
강도를 보장하려면 설계 응력이 허용 응력을 초과해서는 안 됩니다.
정격 응력 ㅏ달려있다 하중 및 크기단면, 허용만 부품의 재료에서그리고 근무 조건.
강도 계산에는 세 가지 유형이 있습니다.
1. 설계 계산 - 설계 계획 및 하중이 설정됩니다. 부품의 재료 또는 치수가 선택됩니다.
단면 치수 결정:
재료 선택
σ의 값에 따라 재료의 등급을 선택할 수 있습니다.
2. 계산 확인 - 부품의 하중, 재료, 치수가 알려져 있습니다. 필요한 내구성이 보장되는지 확인하십시오.
불평등이 확인됨
3. 부하 용량의 결정(최대 하중):
문제 해결의 예
직선 막대는 150kN의 힘으로 늘어나고(그림 22.6), 재료는 강철 σ t \u003d 570MPa, σ w \u003d 720MPa, 안전 계수 [s] \u003d 1.5입니다. 보의 단면 치수를 결정하십시오.
해결책
1. 강도 조건:
2. 필요한 단면적은 비율에 의해 결정됩니다.
3. 주어진 기계적 특성으로부터 재료의 허용 응력을 계산합니다. 항복 강도의 존재는 재료가 연성임을 의미합니다.
4. 보의 필요한 단면적 값을 결정하고 두 가지 경우의 치수를 선택하십시오.
단면은 원이며 지름을 결정합니다.
결과 값은 반올림됩니다. d= 25mm, A \u003d 4.91cm 2.
섹션 - GOST 8509-86에 따른 동일한 선반 코너 5 번.
모서리의 가장 가까운 단면적은 A \u003d 4.29 cm 2 (d \u003d 5 mm)입니다. 4.91 > 4.29(부록 1).
질문 및 작업 제어
1. 유동성이라고 하는 현상은 무엇입니까?
2. "목"이란 무엇입니까? 장력 다이어그램의 어느 지점에서 형성됩니까?
3. 테스트 중에 얻은 기계적 특성이 조건부인 이유는 무엇입니까?
4. 강도 특성을 나열하십시오.
5. 가소성의 특성을 나열하십시오.
6. 자동으로 그려지는 스트레치 차트와 보여지는 스트레치 차트의 차이점은 무엇입니까?
7. 연성 및 취성 재료의 극한 응력으로 선택되는 기계적 특성은 무엇입니까?
8. 한계 응력과 허용 응력의 차이점은 무엇입니까?
9. 인장강도와 압축강도의 조건을 적는다. 인장 및 압축 계산에서 강도 조건이 다른가요?
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테스트 질문에 답하세요.
설계 계산의 주요 임무는 작동 조건에서 강도를 보장하는 것입니다.
취성 금속으로 만들어진 구조의 강도는 모든 요소의 모든 단면에서 실제 응력이 재료의 인장 강도보다 작은 경우 보장되는 것으로 간주됩니다. 하중의 크기, 구조의 응력 및 재료의 인장 강도는 정확하게 설정할 수 없습니다(계산 방법의 근사치, 인장 강도 결정 방법 등으로 인해).
따라서 설계계산 결과 얻어진 최대응력(설계응력)이 극한강도 이하인 일정한 값을 초과하지 않도록 하여야 하며 이를 허용응력이라 한다. 허용응력의 값은 인장강도를 안전계수라고 하는 1보다 큰 값으로 나누어 설정합니다.
이에 따라 취성재료로 이루어진 구조물의 강도조건은 다음과 같이 표현된다.
어디서 - 구조에서 가장 높은 설계 인장 및 압축 응력; 및 [-장력 및 압축에서 각각 허용되는 응력.
허용 응력은 재료 stvs의 인장 및 압축 강도에 따라 달라지며 식에 의해 결정됩니다.
여기서 는 극한 강도와 관련된 표준(필수) 안전 계수입니다.
응력의 절대 값은 공식 (39.2) 및 (40.2)로 대체됩니다.
에서 구조의 경우 플라스틱 재료(인장 및 압축 강도가 동일한 경우) 다음 강도 조건이 사용됩니다.
가장 큰 곳은 절대값구조의 압축 또는 인장 설계 응력.
플라스틱 재료의 허용 응력은 다음 공식에 의해 결정됩니다.
여기서 은 항복 강도와 관련된 표준(필수) 안전 계수입니다.
연성 재료의 허용 응력(취성 재료의 경우 인장 강도가 아닌)을 결정할 때 항복 강도를 사용하는 것은 항복 강도에 도달한 후 약간의 증가에도 변형이 매우 급격하게 증가할 수 있다는 사실 때문입니다. 하중 및 구조물이 더 이상 작동 조건을 충족하지 않을 수 있습니다.
강도 조건 (39.2) 또는 (41.2)를 사용하여 수행된 강도 해석을 허용 응력 해석이라고 합니다. 구조물의 최대 응력이 허용 응력과 동일한 하중을 허용 하중이라고 합니다.
항복 강도에 도달 한 후 플라스틱 재료로 만들어진 여러 구조의 변형은 소위 극한 하중 값을 초과하지 않으면 하중이 크게 증가하더라도 급격히 증가하지 않습니다. 예를 들어, 정적으로 불확정한 구조(§ 9.2 참조)와 굽힘 또는 비틀림 변형을 경험하는 요소가 있는 구조입니다.
이러한 구조의 계산은 허용 응력, 즉 강도 조건(41.2)을 사용하거나 소위 한계 상태에 따라 수행됩니다. 후자의 경우 허용하중을 최대허용하중이라 하며 그 값은 최대하중을 표준지지력안전율로 나누어 결정한다. 구조의 한계 상태 분석의 가장 간단한 두 가지 예가 아래 9.2절과 계산 예 12.2에 나와 있습니다.
허용 응력이 완전히 사용되었는지 확인하기 위해 노력해야 합니다. 즉, 여러 가지 이유로(예: 구조 요소의 치수를 표준화할 필요로 인해) 조건이 충족되지 않으면 계산된 응력이 달라야 합니다. 허용되는 것에서 가능한 한 적게. 계산된 허용 응력을 약간 초과할 수 있으며 결과적으로 실제 안전 계수가 약간 감소합니다(표준에 비해).
강도에 대한 중앙 인장 또는 압축 구조 요소의 계산은 요소의 모든 단면에 대해 강도 조건이 충족되도록 해야 합니다. 동시에 매우 중요하다. 정확한 정의가장 큰 인장 및 가장 큰 압축 응력이 발생하는 요소의 소위 위험한 부분. 허용 인장 또는 압축 응력이 동일한 경우 절대값이 가장 높은 수직 응력이 있는 위험한 구간을 하나 찾는 것으로 충분합니다.
빔의 길이를 따라 일정한 길이의 힘을 사용하면 가장 작은 값을 갖는 단면이 위험합니다. 단면이 일정한 막대의 경우 세로 방향의 힘이 가장 많이 발생하는 단면이 위험합니다.
강도에 대한 구조를 계산할 때 강도 조건을 사용하는 형태가 다른 세 가지 유형의 문제가 있습니다.
a) 전압 시험(시험 계산)
b) 섹션 선택(설계 계산);
c) 운반 능력 결정(허용 하중 결정). 플라스틱 재료로 만들어진 막대의 예에서 이러한 유형의 문제를 고려해 보겠습니다.
응력을 확인할 때 단면적 F와 세로 방향 힘 N을 알고 계산은 요소의 특성 섹션에서 계산된(실제) 응력을 계산하는 것으로 구성됩니다.
이 경우 얻은 최대 전압은 허용 가능한 값과 비교됩니다.
단면을 선택할 때 요소의 필요한 단면적이 결정됩니다(알려진 세로 방향 힘 N 및 허용 응력에 따라). 허용된 단면적 F는 다음 형식으로 표현된 강도 조건을 충족해야 합니다.
에 따라 운반 능력을 결정할 때 알려진 값 F 및 허용 응력, 길이 방향 힘의 허용 값이 계산됩니다. 얻은 값을 기반으로 외부 하중 [P]의 허용 값이 결정됩니다.
이 경우 강도 조건은 다음 형식을 갖습니다.
규범 안전 계수의 값은 규범에 의해 설정됩니다. 그들은 건설 등급 (자본, 임시 등), 의도 된 작동 기간, 하중 (정적, 주기적 등), 재료 (예 : 콘크리트) 제조의 가능한 이질성에 따라 다릅니다. 변형 유형(인장, 압축, 굽힘 등) 및 기타 요인. 어떤 경우에는 구조의 무게를 줄이기 위해 안전 계수를 줄이고 때로는 안전 계수를 높일 필요가 있습니다. 필요한 경우 기계 마찰 부품의 마모, 재료의 부식 및 부식을 고려하십시오. .
대부분의 경우 다양한 재료, 구조 및 하중에 대한 표준 안전 계수 값은 다음 값을 갖습니다. - 2.5에서 5 및 - 1.5에서 2.5.
안전 요소 및 결과적으로 건물 구조에 대한 허용 응력은 해당 설계 표준에 의해 규제됩니다. 기계 공학에서는 일반적으로 기계 설계 및 작동 경험에 중점을 두고 필요한 안전 계수를 선택합니다. 유사한 디자인. 또한 많은 고급 기계 제작 공장에는 다른 관련 기업에서 자주 사용하는 공장 내 허용 응력 표준이 있습니다.
여러 재료에 대한 인장 및 압축 허용 응력의 대략적인 값은 부록 II에 나와 있습니다.
