Коэффициент запасаКоэффициент запаса — величина, показывающая способность конструкции выдерживать прилагаемые к ней нагрузки выше расчётных. Наличие запаса прочности обеспечивает дополнительную надёжность конструкции, чтобы избежать повреждений и разрушения в случае возможных ошибок проектирования, изготовления или эксплуатации. Общая формула для коэффициента запаса имеет вид:
где — предельно допустимое значение рассматриваемой величины (силы, напряжения, перемещения и т. д.); Величина получена при механических испытаниях материала. — расчетное значение этой величины. Величина выбирается в соответствии с критерием работоспособности конструкции. Критерий работоспособности выполняется, если , где — минимально допустимый коэффициент запаса. Строгих методов для выбора допустимых коэффициентов запаса не существует, поскольку коэффициент является мерой незнания всех факторов, влияющих на работу конструкции. Выбор производится на основе опыта эксплуатации аналогичных конструкций. В каждой отрасли промышленности существуют собственные нормативы, определяющие допустимые коэффициенты запаса. Наименьшие коэффициенты используются в аэрокосмической отрасли, в силу жестких требований к весу конструкции. Очень большие запасы (порядка 4...6) используются для грузоподъёмного оборудования, в особенности для перевозящего людей (для троса пассажирского лифта коэффициент достигает 10). В западной литературе также используются связанные величины:
В механикеВ зависимости от критериев работоспособностиВ механике используются следующие критерии работоспособности:
Рассмотрим расчет коэффициента запаса для каждого из этих критериев. ПрочностьПри расчете на прочность по допускаемым напряжениям коэффициент запаса вычисляется по следующей формуле:
где - максимальное напряжение в объёме тела; - допустимое напряжение. В качестве максимального напряжения могут приниматься:
В качестве допустимого напряжения могут приниматься:
При этом, экспериментально полученные значения допустимых напряжений могут умножаться на поправочные коэффициенты, зависящие от различных факторов. Так, при расчетах оборудования космических комплексов по требованиям ГОСТ Р 51282-99 вводится коэффициент , зависящий от характера напряженного состояния (изгиб тонких сечений, изгиб массивных сечений, смятие и т. д.)[1]. При расчете на прочность по предельным нагрузкам коэффициент запаса вычисляется по формуле:
где - расчетная нагрузка; - критическая нагрузка, приводящая к нарушению работоспособности конструкции (предельному состоянию). Так, при расчете балок на изгиб в пластической области в качестве принимается нагрузка, соответствующая переходу какого-либо сечения в пластическое состояние (пластический шарнир). Допустимый коэффициент запаса при расчете на прочность может зависеть от следующих факторов:
Устойчивость формыКоэффициент запаса вычисляют по формуле:
где - расчетная нагрузка; - нагрузка, соответствующая потере устойчивости либо появлению возможности существования новых форм равновесия системы. При действии нескольких нагрузок (сил, моментов, давлений и т. д.) в качестве принимается наименьшее число, такое, что при одновременном приложении нагрузок возможна потеря устойчивости. ДеформативностьКоэффициент запаса деформативности вычисляется по формулам: или где - допустимые смещения и углы поворота соответственно; - перемещения и углы поворота в расчетной точке. Устойчивость положенияПри расчете на устойчивость от опрокидывания коэффициент запаса вычисляется по формуле:
где - восстанавливающий момент относительного заданного ребра опрокидывания, - опрокидывающий момент относительно этого ребра. При расчете на устойчивость от проскальзывания коэффициент запаса вычисляется по формуле:
где - равнодействующая сил сцепления в данной плоскости скольжения, - равнодействующая сдвигающих сил в этой плоскости. Для сцепления автомобиля вычисляется коэффициент запаса сцепления:
где - момент сил трения в сцеплении; - максимальный крутящий момент на валу. Воздействие на другие конструкцииМожет производиться расчет по непревышению: К примеру, могут нормироваться допустимые силы и моменты, действующие на корпус ракеты при транспортировке со стороны транспортного агрегата. При исследовании динамики автомобиля нормируются виброускорения, действующие на водителя. Выполнение функцииДля гидроцилиндров существует понятие коэффициента запаса по усилию как отношения развиваемой цилиндром нагрузки к внешней нагрузке :
В зависимости от условий работыВ зависимости от типа конструкции, критичности её поломки расчет может производиться для различных условий:
Условия работы влияют на выбор расчетных нагрузок и допустимых коэффициентов запаса. В светотехникеПри расчете систем освещения коэффициентом запаса называется коэффициент, учитывающий снижение КЕО и освещенности в процессе эксплуатации вследствие загрязнения и старения светопрозрачных заполнений в световых проемах, источников света (ламп) и светильников, а также снижение отражающих свойств поверхностей помещения[2]. Нормативные документыВ этом разделе приведены нормативные документы, регламентирующие расчет и выбор допустимого коэффициента запаса для различных конструкций.
Примечания
Литература
|
Portal di Ensiklopedia Dunia