Transcript Stiepe
Aksiālā stiepe un spiede Šajā gadījumā šķērsgriezuma iekšējos elastības spēkus var aizvietot ar to kopspēku — aksiālspēku (asspēku) N, kas vērsts pa stieņa asi. Ass spēks N izvēlētajā šķēlumā ir visu uz vienu pusi no šķēluma pielikto ārējo spēku projekciju uz asi, kas sakrīt ar stieņa asi, algebriska summa. To spēka projekciju, kura izraisa atšķeltās stieņa daļas stiepi, uzskata par pozitīvu (lieto ar plus zīmi), bet to, kura izsauc spiedi – par negatīvu (lieto ar mīnus zīmi). San Venāna princips: No slodzes pielikšanas veida spriegumu sadalījums ir atkarīgs tikai slodzes pielikšanas vietas tuvumā un nav atkarīgs šķērsgriezumos, kas ir pietiekami attālināti no slodzes pielikšanas vietas. ab N ab A N 1 1 P1 ; N 2 2 P1 P2 ; N 3 3 P1 P2 P3 ; N 4 4 P1 P2 P3 P4 ; 1 1 N 1 1 22 N 22 33 N 33 44 N 44 A1 5 kN 2 10 A2 A3 A4 4 2 . 5 10 kPa 25 MPa ; 4 m 2 8 kN 2 10 4 m 1 kN 1 10 4 1 10 kPa 10 MPa ; 4 m 2 3 kN 4 10 4 4 10 kPa 40 MPa ; 4 2 0 . 75 10 kPa 7 . 5 MPa ; 4 m 2 Deformāciju aprēķins stiepē un spiedē. Huka likums. l l1 l ; l stieņa absolūtais pagarinājums stieņa relatīvā deformācija ; l Huka likums – relatīvā lineārā deformācija ir tieši proporcionāla spriegumam. vai E ; E E – garenelastības modulis jeb Junga modulis. Raksturo materiāla īpašības stiepē (spiedē). N E l A ; l l Nl ; l EA i N i li ; EA i Šķērsdeformācijas. Puasona koeficients. a a1 a ; a ; ; a P ; A cos ; 2 cos sin . - Puasona koeficients Materiālu deformatīvās konstantes Materiāls Dimants Bors Tērauds Oglekļaplasti Bora/epoksīda kompozīti Kvarca stikls Sodas stikls Granīts Čuguns Alumīnijs Koks - šķiedru virzienā šķērsām šķiedrām Ķieģeļu mūris Betons, cements Vienvirziena (stikla/epoksīda) kompozīti: šķiedru virzienā šķiedrām transversālā vizienā Stiklaplasts (daudzvirzienu) Poliēsteri Neilons Epoksīdi Polipropilēns Polietilēni: augsta blīvuma zema blīvuma Gumijas Putuplasti GPa Elastības modulis, E 106 kG/cm2 Puasona koeficients, μ 1000 441 185 – 216 70 – 200 80 – 160 94 69 62 78 – 147 69 – 71 8,8 – 15,4 0,4 – 1,0 2,45 – 2,95 30 - 50 10 4,42 1,9 – 2,2 0,7 – 2 0,8 – 1,6 0.95 0,7 0,62 0,8 – 1,6 0,7 – 0,72 0,09 – 0,16 0,004 – 0,01 0,025 – 0,03 0,3 – 0,5 35 – 45 10 – 13 0,35 – 0,46 0,1 – 0,13 0,32 – 0,36 0,1 – 0,14 7 – 45 1,8 – 3,5 2–4 2,6 – 3 0,9 0,07 – 0,46 0, 19 – 0,036 0,02 – 0,04 0,026 – 0,03 0,009 0,08 – 0,35 0,7 0,2 0,01 – 0,1 0,007 0,002 0,0001 – 0,001 0.001 – 0,01 10-5 – 10-4 0,24 – 0,33 0,05 – 0,4 0,25 0,23 – 0,27 0,32 – 0,36 0,08 – 0,18 ~0,5 MATERIĀLU MEHĀNISKĀS ĪPAŠĪBAS Plastiski materiāli Trausli materiāli (mazoglekļa tērauds, bronza, varš, alumīnijs) (speciālas tērauda šķirnes, čuguns, akmens, stikls, ķieģeli) Stiepe P PP A - proporcionalitātes robeža E PE A - elastības robeža T PT A - tecēšanas robeža B Pmax A - nosacītā stiprības robeža B Pmax A - stiprības robeža Spiede Tecēšanas robeža T Materiāls MPa (N/mm2) Tēraudi: mazoglekļa speciālie Tērauda stieple kG/cm2 Nosacītā stiprības robeža (vai stiprības robeža) stiepē Bst MPa (N/mm2) kG/cm2 Stiprības robeža spiedē Bsp MPa (N/mm2) kG/cm2 ≥206 ≥352 ≥392 ≥2100 ≥3600 ≥4000 372...461 637...1175 1470...1763 3800...4700 6500...12000 15000...18000 — — — — — — Čuguns (pelēkais) — — 117...275 1200...2800 392...1080 4000...11000 Varš — — 196...490 2000... 5000 — — Alumīnija sakausējumi 196...373 2000...3800 216... 480 2200...4900 — — Priede šķiedru virzienā — — 78...98 800...1000 39...59 400...600 Ozols šķiedru virzienā — — 98...118 1000...1200 49...69 500...700 Granīts Smilšakmens Ķieģeļi Betoni Tekstolīts Getinakss Stikls Vinilplasts Celuloīds Polivinilhlorīds Kaprons — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 4...8 1,5...3 — — 83...98 79...98 — 39...59 44...49 4,4...5 59...64 40...80 15...30 — — 850...1000 800...1000 — 400...600 450...500 45...50 600...650 118...254 39...147 8...29 5...58 226...245 235...333 24,5 — — — — 1200...2600 400...1500 80...300 50...600 2300...2500 2400...3400 250 — — — — Pieļaujamie spriegumi un drošības koeficienti . Pieļaujamos spriegumus stiepē un spiedē, ja tie ir vienādi, apzīmē ar []. Ja minēto pieļaujamo spriegumu lielumi ir dažādi, tad lieto šādus apzīmējumus: [st] — pieļaujamais spriegums stiepē, [sp] —pieļaujamais spriegums spiedē. Pieļaujamo spriegumu trausliem materiāliem nosaka kā daļu no stiprības robežas: st sp B B sp st ; . n B n B Trausliem materiāliem stiprības robežas stiepē un spiedē ir dažādas (Bsp>Bst), tāpēc pieļaujamie spriegumi arī ir dažādi — spiedē tie ir ievērojami lielāki nekā stiepē. Plastisko materiālu sagrūšana stiepes gadījumā notiek pie ievērojamām paliekošajām deformācijām, turklāt deformāciju intensīvs pieaugums sākas pie spriegumiem, kas atbilst materiāla tecēšanas robežai. Šajā gadījumā par bīstamo jeb robežspriegumu pieņemts uzskatīt tecēšanas robežu T un pieļaujamo spriegumu noteikt kā zināmu tās daļu, t.i., T nT . Pieļaujamo spriegumu spiedē plastiskiem materiāliem pieņem tādu pašu kā stiepē, jo tecēšanas robežas vērtība kā stiepē, tā spiedē ir aptuveni vienāda. Viendabīgiem, plastiskiem materiāliem, kam piemīt pietiekami pastāvīgas mehāniskās īpašības, drošības koeficientu [nT] var pieņemt samērā mazu; trausliem, pēc sastāva neviendabīgiem materiāliem, kuru stiprības robeža svārstās plašā diapazonā (čuguns, akmens), drošības koeficients [nB] jāpieņem daudz augstāks. Ja konstrukcija uzņem statiskas slodzes, var pieņemt tēraudam [nT]=1,4...1,8, čugunam [nB]=3...4,5, trausliem, viendabīgiem leģētu rūdītu tēraudu tipa materiāliem [nB]=3...4. Faktiskie drošības koeficienti: nB B max ; nT T max ; n B n B ; n T n T . Materiālu pieļaujamie spriegumi statiskai slodzei Materiāls Pieļaujamie spriegumi [st] stiepē [sp] spiedē MPa; N/mm2; kG/cm2 MPa; N/mm2; kG/cm2 Pelēkais čuguns (lējums) Tēraudi: CT.0 un CT.2 CT.3 Oglekļa tēraudi mašīnbūvē Leģētie tēraudi mašīnbūvē Varš Bronza Alumīnijs Dūralumīnijs Līdz 39 400 118...147 1200...1500 137 157 59...245 98...392 29...118 59...118 29...78 78...147 1400 1600 600...2500 1000...4000 300...1200 600...1200 300...800 800...1500 137 157 59...245 98...392 29...118 59...118 29...78 78...147 1400 1600 600...2500 1000...4000 300...1200 600...1200 300...800 800...1500 Priede šķiedru virzienā šķērsvirzienā 6,9...9,8 - 70...100 - 9,8...11,8 1,48...1,96 100...120 15...20 Ozols šķiedru virzienā šķērsvirzienā 8,8...12,8 - 90...130 - 12,8...14,7 1,96...3,47 130...150 20...35 Ķieģeļu mūris Akmens mūris Betons (atkarībā no sastāva) Tekstolīts līdz 0,2 līdz 0,3 0,2...1,5 29...39 līdz 2 līdz 3 2...15 300...400 0,6...2,4 0,4...4 1,5...26,0 49...88 6...25 4...40 15...270 500...900 Stiprības aprēķini stiepē un spiedē Aksiālā stiepē vai spiedē stieņa stiprība ir nodrošināta, ja katrā stieņa šķērsgriezumā ievērota prasība max N A , kur N— aksiālspēka absolūtā vērtība šķēlumā; A— šķērsgriezuma laukums; — stieņa materiāla pieļaujamais stiepes vai spiedes spriegums. Šajā formulā izteikts stiepta vai spiesta stieņa stiprības nosacījums: vislielākais faktiskais spriegums konstrukcijas elementā nedrīkst pārsniegt pieļaujamo spriegumu []. Stiprības aprēķinu veidi: 1. Stiprības pārbaude (pārbaudes aprēķins). Dots ass spēks N un stieņa šķēluma laukums A. Konstruktora uzdevums ir pārbaudīt, vai darba spriegums visos šķēlumos ir mazāks par spriegumu pieļaujamo . Gadījumos, kad darba spriegums kaut vienā šķēlumā pārsniedz pieļaujamo par vairāk kā 5%, konstrukcijas elementa stiprību uzskata par nepietiekamu. Pārbaudes aprēķinu bieži veic citādi — pēc zināmā bīstamā sprieguma bīst (stiprības robežas vai tecēšanas robežas) lieluma un aprēķinātā faktiskā sprieguma lieluma nosaka faktisko drošības koeficientu un salīdzina to ar normatīvo drošības koeficientu : n bist n . Ja atšķirība starp faktisko un normatīvo drošības koeficientu pārsniedz ±5%, konstrukcija ir vai nu nepietiekami stipra ( n 0 ,95 n ), vai neekonomiska ( n 1, 05 n ). 2. Šķērsgriezuma izvēle (projekta aprēķins). No stiprības nosacījuma iespējams noteikt nepieciešamos konstrukcijas elementu izmērus, kuri garantē konstrukcijas drošu ekspluatāciju. Šķērsgriezuma laukumu jebkurā šķēlumā nosaka sakarība A kur N , – asspēka vērtība attiecīgajā šķēlumā. N Veicot stiprības aprēķinu spiedē tiek pieņemts, ka nepastāv iespēja stienim zaudēt noturību. Noturības noteikšana ir svarīga, patstāvīga konstrukciju aprēķinu problēma. 3. Pieļaujamās slodzes noteikšana. Pieļaujamā asspēka lielumu nosaka sakarība N A un elementiem ar konstantu šķērsgriezumu tā viennozīmīgi nosaka pieļaujamās slodzes lielumu. Liela izmēra konstrukcijās no materiāla ar lielu īpatnējo svaru aktuāls kļūst stiprības aprēķins, ievērojot stieņa pašsvaru. Stienim, kura garums ir l un šķērsgriezuma laukums A, pilnais svars ir Psv = Al. Ievērojot stieņa pašsvaru, asspēks šķērsgriezumos ir mainīgs lielums, kurš maksimālo vērtību sasniedz atbalsta vietā. Ass spēks jebkurā patvaļīgā šķēlumā attālumā x no balsta ir N = Pār + Ax, kur Pār – summārā ārējā slodze attiecīgajā šķēlumā. Spriegums šai šķēlumā ir N A Pār A x Šai sakarībā otrais saskaitāmais (pašsvara radītais spriegums) nav atkarīgs no šķēluma laukuma lieluma. Stieņa stiprība jāpārbauda pēc lielākajiem spriegumiem, tātad pēc sprieguma balstā. Tādā gadījumā stiprības nosacījums, ievērojot stieņa pašsvaru ir: max Pār A l No šīs sakarības izsakot parametru A, iegūstam nepieciešamo stieņa šķērsgriezuma laukumu, kurš nodrošina stieņa stiprību, ievērojot stieņa pašsvaru: A Pār l Ja lielums l ir mazs salīdzinot ar [], to var vērā neņemt.