Обобщенный показатель выгодности применения материалов

 

Выгодность выбора и применения в конструкциях материалов характе-ризуется показателем A, выражающим их способность нести наиболее высо-кие нагрузки при наименьших деформациях и массе и определяемым по формуле

A =	σ0,2 E
		,	(6.8)
γ

 

 

где σ 0,2 – предел текучести; γ – объемный вес;	σ0,2	– фактор прочности,
γ

 

^E _γ – фактор жесткости. Показатель A и показатели прочности и жесткости материалов в отдельности приведены в пособии. Из 11 видов конструкцион-

 

ных материалов 6 видов имеют одинаковый показатель ^E _γ ^⋅10−6 = 25,5, а три

 

вида близки к нему (^E _γ ^⋅10−6 =25). Однако многие из них не могут нести в ы-сокие нагрузки и деформируются. Поэтому выбирать материалы надо с уче-

σ0,2	, т. е. по обобщенному показателю прочности и жестко-
том показателя γ

сти A (по этому показателю наилучшие данные имеют сверхпрочные стали и сплавы титана, на достаточно высоком уровне находятся также сплавы алю-миния и магния). Алюминиевые и титановые сплавы, применяемые для бу-

рильных труб, по обобщенному показателю	σ o F	находятся на уровне проч-
γ2

ных легированных сталей.

 

Но выбор материала определяется кроме указанных характеристик и технологическими требованиями. Экономически целесообразна разработка мероприятий для создания достаточно прочных и жестких изделий с исполь-зованием материалов, обладающих невысокими значениями А.

 

Распространенные конструктивные способы повышения жесткости без существенного увеличения массы:

 

1) устранение изгиба, замена растяжения сжатием (пример на рис. 6.1).

 

 

а б в г

 

Рис. 6.1. Конструкции литых кронштейнов

 

2) для деталей, работающих на изгиб – рациональная расстановка опор, исключение невыгодных видов приложения нагрузок (рис. 6.2);

 

Из схем нагружения, приведенных на рис.6.2, при одних и тех же зна-чениях l и Р максимальный момент в 4 раза меньше у двухопорной балки, чем у консольной, а также меньше и максимальный прогиб; рациональное увеличение моментов инерции (сопротивления), не сопровождаемое возрастанием массы.

 

 

а

б

в

Рис. 6.2.Схемы нагружения:

а – M max= Pl; f max =

Pl

; б – M max

Pl

; f max =

Pl 3

=

;

г

д EI

е

48 EI

в – M max =

Pl

; f max

=

Pl 3

.

192 EI

 

 

Из сравнения профилей равных масс (табл. 6.3) следует, что при изгибе наиболее целесообразной является двутавровая форма профиля: прочность по сравнению с исходным профилем №1 увеличивается в 9–12 раз, жесткость в 40–70 раз.

 

При равной прочности различных профилей двутавровая форма при некотором снижении массы повышает жесткость в 3–3,5 раза по сравнению с исходным профилем.

 

4) рациональное усиление ребрами, работающими предпочтительно на сжатие;

 

5) усиление участков перехода от одного сечения к другому;

6) блокирование деформаций введением поперечных и диагональных связей (подъемные и буровые вышки, основания под тяжелое оборудование)

 

7) привлечение жесткости соседних деталей;

8) для деталей коробчатого типа (различного рода крышек, колпаков, резервуаров, емкостей и т. д.) рекомендуют применение скорлупчатых, свод-чатых, сферических, яйцевидных и т. п. форм;

 

6) для деталей типа дисков рекомендуют конические, чашечные, сфе-рические формы, рациональное оребрение, гофрирование;

 

7) для деталей типа плит рекомендуют коробчатые, двустенные, ячеи-стые и сотовые конструкции (станины насосов, лебедок, роторов и т. д.).

Таблица 6.3. Прочность, жесткость и масса профилей

 

 

Номер		m				W			I
профиля
				F(m) = const
						2,2
				W = const
		0,6							1,7
		0,33
		0,2
		0,12							3,5

 

Примечание: F(m) – площадь сечения в функции от массы.

 

Типовые решения по увеличению жесткости даны в прил. 3, прил.4 (рис.П3.1 и табл.П4.1).

 

 

Контрольные вопросы

 

1. По каким критериям производят оценку материалоемкости?

2. Какие методы используют для снижения металлоемкости?

3. Что такое жесткость изделия и жесткость материала?

4. Какие методы увеличения жесткости применяют в практике конструирования?

 

5. Охарактеризуйте связь между жесткостью и прочностью конструкций.