Predavanje-2
Predavanje-2
Predavanje-2
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
MAŠINSKI FAKULTET NIŠ - autorizovana predavanja dr MIOMIR JOVANOVIĆ: 1<br />
DIPLOMSKE AKADEMSKE STUDIJE<br />
STRUKTURNA ANALIZA KONSTRUKCIJA - 2010/2011<br />
<strong>Predavanje</strong> br. 2<br />
MATERIJALI NOSEĆIH STRUKTURA<br />
Klasifikacija: Glavni materijali za noseće strukture mašina i vozila su ĉelici, potom legure aluminijuma.<br />
U novije vreme za naroĉito opterećene delove struktura, koriste se slojeviti i vlaknasti materijali.<br />
Naj primenjeniji materijal nosećih struktura je ĉelik. Zato se ĉesto noseće konstrukcije nazivaju ĉeliĉne<br />
konstrukcije. Kod avio struktura su primenjene legure aluminijuma. Glavne konstrukcije mašina, vozila,<br />
letilica, plovila, koje primaju i prenose glavna fiziĉka dejstva – ubrzanja, sile, momente, kontaktne pritiske,<br />
(toplotu), svrstavaju se u kategoriju nosećih konstrukcija. Obzirom na važnost i funkcionalnost nosećih<br />
struktura mašina i opreme, ove konstrukcije ĉesto se nazivaju i odgovorne konstrukcije.<br />
Tehnologije: Ĉelik je legura gvožĊa dobijen iz ruda magnetit (Fe 3 O 4 ), hematit (Fe 2 O 3 ), ili limonit.<br />
Industrijska proizvodnja koksa (od 1735. godine) omogućila je današnju tehnologiju topljenja ruda gvožĊa.<br />
Godine 1855. englez Bessemer je razvio tehnologiju masovne proizvodnje neumirenog ĉelika topljenjem.<br />
Tako dobijeni topljeni ĉelici u Americi su zbog ruda sa manje fosfora bili bolji od evropskih ĉelika pa su zato<br />
u Evropi razvijene tehnologije topljenja, poznate kao Simens-Martinov postupak 1865. i Tompsonov<br />
postupak 1880. Proizvodnja ĉelika u konvertorima odvija se produvavanjem vrelog vazduha kroz teĉno<br />
sirovo gvoždje usled ĉega sagorevaju ugljenik i fosfor. Ova tehnologija zadržava fosfor (0.10 %) i azot<br />
(0.012 %) što povećava krtost ĉelika. Zato su razvijene savršenije konvertorske tehnologije uduvavanja<br />
obogaćenog vazduha kiseonikom ili ĉistog kiseonika u sirovo gvoždje (Linz-Donawitz - LD postupak).<br />
Dobija se kvalitet ĉelika sa manje od 0.010 % azota, fosfora ispod 0.06 % i sumpora ispod 0.05 %, što je<br />
blisko kvalitetu Simens-Martinovog ĉelika.<br />
Danas se ĉelik dobija iz sivog sirovog gvožĊa. Sirovo gvožĊe je dobijeno topljenjem rude u visokim pećima<br />
na oko 1600 C. GvožĊe se zbog velikog sadržaja ugljenika i drugih neĉistoća odlikuje krtošću. Etapa<br />
prerade gvožĊa u ĉelik obavlja se u konvertorima ili u plamenim pećima u kojima se oslobaĊa od ugljenika<br />
i drugih neĉistoća a dodaju se potrebni legirajući hemijski elementi. Poslednjih pedesetak godina se<br />
primenjuje konvertorski LD postupak za proizvodnju kvalitetnih umirenih ĉelika pogodnih za zavarivanje.<br />
Proizvodnja visokokvalitetnih legiranih ĉelika se odvija u elektriĉnim pećima. Tehnološki dalje, ĉelik se<br />
izliva u manje livaĉke forme, mase 210 t (ingoti) ili u velike forme, mase veće od 25 t (brame). Ingoti i<br />
brame su polazni materijal valjaonica limova i valjaonica profila gde se ponovnim zagrevanjem dovode u<br />
testasto stanje i valjaju u finalne polu-proizvode. Posebna grupa ĉelika dobijena valjanjem, namenjena<br />
nosećim strukturama su konstrukcioni ĉelici.<br />
Postoje i jaĉi konstrukcioni ĉelici koji pripadaju kategoriji finozrnih konstrukcionih ĉelika. To su<br />
ĉelici pogodni za zavarivanje koji se koriste za sudove pod pritiskom, elemente drumskih vozila, mostove,<br />
razliĉite zavarene noseće ĉeliĉne konstrukcije, posebne namene. Umirenog su sastava. Imaju poseban sistem<br />
oznaĉavanja. Mogu biti kvalitetni i plemeniti. Mogu biti namenjeni za opšu namenu, upotrebu na povišenim<br />
temperaturama, na niskim temperaturama i ĉelici otporni prema starenju. Ranije oznake finozrnih ĉelika su Ĉ<br />
RO xxx, Ĉ RV xxx, Ĉ RN xxx. Mehaniĉka ĉvrstoća savremenih konstrukcionih ĉelika danas prelazi granicu<br />
od R m =80 kN/cm 2 .<br />
Standardi: Danas važe evropski standardi za klasifikaciju i oznaĉavanje ĉelika. EN 10025, EN 10113-2,<br />
EN 10137-2. Prethodni domaći standard koji je definisao opšte konstrukcione ĉelike je JUS C.B0.500/1989.
MAŠINSKI FAKULTET NIŠ - autorizovana predavanja dr MIOMIR JOVANOVIĆ: 2<br />
Tabela 1. Standardizovane vrste ĉelika i njihove karakteristike<br />
Tabela 2: Uporedne oznake ĉelika
MAŠINSKI FAKULTET NIŠ - autorizovana predavanja dr MIOMIR JOVANOVIĆ: 3<br />
Primarna svojstva: Osnovni konstrukcioni ĉelici: Zatezna ĉvrstoća i granica razvlaĉenja. Dopunska svojstva:<br />
Pogodnost za zavarivanje, otpornost na udar. Finozrni ĉelici: Otpornost na niske i visoke temperature. Termiĉki<br />
tretman.<br />
Pojam stanja ĉelika: Posle izlivanja ĉelika, dobija se šupljikava struktura sa gasnim mehurima, sklona izdvajanju ugljenika<br />
(segregacija), sklona ubrzanom starenju i koncentraciji fosfora u pojedinim zonama profilisanih poluproizvoda. Takav ĉelik naziva<br />
se neumiren ĉelik. Primera radi, koncentracija fosfora se može i tri puta uvećati na mestu segregacije i dostići koncentraciju od 0.20<br />
%. Dezoksidacija je proces u proizvodnji ĉelika kojim se sirovom gvoždju dodaju hemijski elementi afini prema kiseoniku. To je<br />
titan, silicijum, aluminijum, kalcijum. Oni spreĉavaju pojavu gasnih mehurića vezivanjem kiseonika. Ovako dobijeni ĉelici odlikuju<br />
se homogenim rasporedom ukljuĉaka i elemenata pa se nazivaju umirenim ĉelicima.<br />
Polufabrikati ĉelika: Noseće strukture izradjuju se od valjanih elemenata kao što su štapovi, profilisani<br />
nosaĉi i limovi. Pljosnate ĉelike (štapove) u izradi i nabavci definiše srpski nacionalni standard SRPS<br />
C.B3.025 i C.B3.030. Izradjuje se valjanjem u debljinama 3100 mm. Širine 8150 mm. dužina 3 15 m.<br />
Tolerancija izrade je T= ± 5100 mm.<br />
Ravnokraki ugaonici sa zaobljenim ivicama izradjeni su po SRPS C.B3.101 u granicama 2020 200200<br />
mm. Profili do dimenzija od 80 mm se nazivaju štapovi a preko 80 mm “profili”. Ravnokraki ugaonici su<br />
debljina 318 mm pri ĉemu se valjaju za središnu kategoriju u familiji. Ravnokraki ugaonici se isporuĉuju u<br />
dužinama 315 m sa tolerancijom T==±5100 mm.<br />
Slika 2-1. Oblici profilisanih L polufabrikata<br />
Raznokraki ugaonici sa zaobljenim ivicama izradjuju se prema SRPS C.B3.111. Dimenzije ugaonika se<br />
kreću u granicama: h x b = 30 x 20 200 x 100 i debljine ivica: d = 3 14 mm. Raznokraki ugaonici se<br />
takodje isporuĉuju u dužinama 3 15 m sa tolerancijama T= 5 100 mm.<br />
Profilisani nosaĉi (visina većih od geometrija štapova) predstavljaju osnovni konstruktivni element velikih<br />
mašina kao što su dizalice, bageri, vozila itd. Standard SRPS C.B3.131. Konstrukciju valjanog I profila uveo<br />
je francuski inženjer Zores 1845. godine. I nosaĉ je u ĉestoj upotrebi. Dimenzije I nosaĉa su u granicama:<br />
hxb = 80x42 mm 400x155 mm, isporuka dužina: L= 415 m. Potreba za nosaĉima većih nosivosti dovela<br />
je do pojave I profila sa širokom paralelnom nožicom pod nazivom Peiner-ov profil, maksimalnih dimenzija<br />
H x B = 1000 x 300 mm.<br />
U nosaĉ je geometrije koja je zadata u opsegu: h x b = 65 x 42 mm ¸ do 300 x 100 mm, standard SRPS C.B3.141.<br />
Slika 2-2 Geometrija valjanog I i U profila<br />
Limovi se klasifikuju: kao tanki debljina 0.2 2.75 mm, srednji ĉeliĉni limovi debljina 3.0 4.75 mm i<br />
debeli ĉeliĉni limovi debljina 5.0 30. i više mm. Tanki ĉeliĉni limovi izradjeni su po SRPS C.B4.112.<br />
Limovi obuhvaćeni ovim standardom imaju u isporuci pravougaoni oblik dimenzija l x b = 2000 x 1000 mm.<br />
Na zahtev se mogu isporuĉiti i u drugim geometrijama. Srednji ĉeliĉni limovi su definisani standardom SRPS<br />
C.B4.111. a debeli SRPS C.B4.110.
MAŠINSKI FAKULTET NIŠ - autorizovana predavanja dr MIOMIR JOVANOVIĆ: 4<br />
Limovi se prema obliku obrade površina dele na: glatke, rebraste i talasaste. U konstrukcijama su u najširoj upotrebi<br />
glatki limovi. Rebrasti limovi se koriste za sklopove kod kojih se zahteva otpor trenja bilo u sklopu sa nekim drugim<br />
elementima ili posebnu funkciju. Konstrukcije: gazišta, platforme stepeništa, prolazi. Slika 1-3. pokazuje rebraste<br />
limove sa površinskim rebrima u obliku romba i suze. Talasasti limovi se uglavnom koriste kao materijal za krovne i<br />
zidne površine ĉeliĉnih konstrukcija. Površine talasastih limova su u obliku parabole sa talasom koraka b>2h (h visina).<br />
b = 60 150. mm.<br />
Ispitivanje materijala<br />
Slika 2-3 Forma valjanih površina rebrastih limova<br />
Standardima su definisane metode za ispitivanje hemijskog sastava ĉelika. Tretman uzoraka može biti vrlo<br />
složen. Pojedinaĉne metode za ispitivanja su: gasno volumetrijsko odreĊivanje grafitnog ugljenika,<br />
gravimetrijsko odreĊivanje silicijuma, volumetrijsko odreĊivanje mangana po Volhardt-u, fotometrijsko<br />
odreĊivanje mangana, fosfora, bakra, potenciometrijsko odreĊivanje hroma i vanadijuma, fotometrijsko<br />
odreĊivanje nikla i hroma. Standard EN 10002-1 (1996.) definiše mehaniĉko ispitivanje zatezanjem. Ovaj<br />
standard definiše postupke merenja zatezne ĉvrstoće Rm, gornji i donji napon teĉenja R eH i R eL ,<br />
procentualno izduženje A, procentualno suženje popreĉnog preseka Z, maksimalnu silu Fm.<br />
Ispitivanje tvrdoće vrši se razliĉitim metodama (Brinel, Rokvel, Knoop). Ispitivanje tvrdoće po Knoop-u<br />
definisano je standardom ISO 10250 iz 1996. godine. Ispitivanje tvrdoće po Rokvel-u definisano je<br />
standardom ISO 6508 (1994), po Vikers-u standardom ISO 6507-3 (1995). EN 10045-1 (1993), definiše<br />
ispitivanje metala udarom po Sharpy-ju, JUS C.A4.005 definiše ispitivanje metala savijanjem. ISO 8491-<br />
8496 definiše ispitivanje cevi. Naredne slike pokazuje procese ispitivanja:<br />
Slika 2-4 Skice osnovnih mehaničkih ispitivanja čelika<br />
Zaštita ĉeliĉnih konstrukcija od korozije<br />
Ĉeliĉna konstrukcija je podložna oksidaciji i smatra se da znaĉajan procenat mase objekata i mašina u svetu, nestaje godišnje.<br />
Korozija je po njoj posledica hemijskih ili elektrohemijskih reakcija izazvanih reakcijom sa okolinom. Ĉelici se štite od korozije<br />
prekrivanjem premazima, koji se obrazuju prema postupcima: Anodna oksidacija (A), Difuzni postupak (D), Galvanotehniĉki postupak (G),<br />
Hemijski postupak (H), Konverzioni postupak (K), Metalizacioni postupak M), Toplotni postupak (T).<br />
Prevlake se dele na nemetalne i prevlake sa metalima. Premazi su ograniĉenog trajanja. Priprema površina ostvaruje se ĉišćenjem<br />
koje se izvodi mehaniĉkim postupcima ĉišćenja, peskarenjem ili gasnim plamenom.<br />
Premazi se sastoje od suvog pigmenta (siva boja), vezivnog sredstva (lanenog ulja), dodaci za zgrušavanje i dodaci za ubrzanje<br />
sušenja. Premazi se izvode u više slojeva. Osnovni premaz štiti od korozije, dodatni štite osnovni premaz od mehaniĉkog oštećenja.<br />
Osnovni premaz od olovnog minijuma nanosi se u dva sloja. Zaštitni sloj je od olovnog ili cinkovog belila, grafita i aluminijuma.<br />
Nanošenje prevlaka se vrši premazivanjem, prskanjem i umakanjem. Najefikasnije nanošenje je premazivanjem. Zaštitni premazi<br />
imaju trajanje. Suve površine u zagrejanim prostorijama traju 30 godina. Pokrivene površine u spoljašnjoj atmosferi štite se na 20<br />
godina. Površine izložene atmosferskim uticajima premazuju se na 10 godina. Izbor sredstva i njegovo trajanje zavisi i od radnog<br />
ambijenta, a on može biti oksidacioni, sa visokom vlažnošću, temperaturom, vibracijama. Zaštita od korozije regulisana je<br />
propisima SRPS C.T.7.100 - 375. ISO 2081 itd.
MAŠINSKI FAKULTET NIŠ - autorizovana predavanja dr MIOMIR JOVANOVIĆ: 5<br />
OSNOVE DIMENZIONISANJA NOSEĆIH KONSTRUKCIJA<br />
Dimenzionisanje ĉeliĉnih konstrukcija se izvodi na bazi poznavanja rasporeda spoljašnjih dejstava (sila i<br />
momenata) i analitiĉkog utvrdjivanja rasporeda unutrašnjih sila i momenata, odnosno prostiranja naprezanja<br />
unutar konstrukcije. Ovi uticaji se odredjuju na osnovu teorija otpornosti (elastiĉnosti) materijala.<br />
Odredjivanje rasporeda opterećenja unutar konstrukcije vrši se metodama analize statike i dinamike<br />
konstrukcija. Utvrdjivanje sposobnosti konstrukcija da prenese zadate uticaje vrši se na osnovu karakteristika<br />
ugradjenog materijala - dopuštenih napona. Dopušteni naponi su propisani za ĉeliĉne konstrukcije i<br />
odredjuju se u funkciji izabranog materijala i karaktera spoljašnjeg opterećenja. Karakter opterećenja nosećih<br />
konstrukcija mašina, teških vozila i raznovrsne druge opreme je statiĉki i dinamiĉki. Osobine ponašanja<br />
materijala pri statiĉkom opterećenju (pokazane svojstvima ĉelika na dijagramu -, za S 235 JR G2 (dat na<br />
slici I-10) osnova su za odreĊivanje svih vrsta dozvoljenih napona.<br />
kN/cm 2<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
0 4 8 12 16 20 24 %<br />
Slika I-10 Dijagram naponi – deformacije (-)<br />
Ponašanje konstrukcionog ĉelika pri statiĉkom zatezanju je karakteristiĉno po nekoliko zakona promene<br />
deformacija od unutrašnjeg napona. Prva zona je zona elastiĉnosti u kojoj postoji linearna promena -.<br />
Daljim zatezanjem prelazi se granica proporcionalnosti i elastiĉnosti (pri kojoj je stalna - plastiĉna<br />
deformacija = 0.01%) i poĉinje razvlaĉenje materijala. To je zona plastiĉnosti u kojoj postoji donja i gornja<br />
granica razvlaĉenja. Kod osnovnih konstrukcionih ĉelika ova granica ide od 0.153 %. Teĉenje materijala<br />
traje približno pri stalnom naponu. Nakon toga nastupa treći period rada: ojaĉanje ĉelika, kada ĉelik pruža<br />
veći otpor daljem razvlaĉenju, sve do granice maksimalnog otpora zatezanju nakon ĉega poĉinje razaranje<br />
materijala. Ova granica maksimalnog otpora naziva se granicom kidanja. (Za S 235 JR =1520 %). Prekid<br />
materijala nastupa nešto kasnije pri =2030 %. U ĉeliĉnim konstrukcijama praktiĉan znaĉaj ima donja<br />
granica razvlaĉenja u odnosu na koju se definišu dozvoljeni naponi. Za noseće strukture oĉuvanje forme -<br />
geometrije je od posebnog znaĉaja pa se konstrukcija dovodi najviše do granice elastiĉnosti. Sa druge strane<br />
sva opterećenja konstrukcija se dele na statiĉka i dinamiĉka.<br />
PONAŠANJE ĈELIKA PRI STATIĈKOM OPTEREĆENJU<br />
Pod statiĉkim opterećenjem podrazumevamo opterećenja koja se po intenzitetu ne menjaju u toku vremena. Klasifikacija opterećenja<br />
nosećih konstrukcija 1 definiše se prema broju promena opterećenja. Konstrukcije koje u eksploatacionom veku budu izložene do<br />
10.000 promena opterećenja, sa izrazito umerenim dejstvom (bezudarno opterećenje) se smatraju statiĉki opterećene. Konstrukcije<br />
koje budu izložene preko 100.000. promena opterećenja se smatraju dinamiĉki opterećene i treba ih dimenzionisati u vremenskom<br />
domenu, prema jaĉini zamora materijala. Konstrukcije sa više od 100.000 ciklusa opterećenja treba raĉunati prema trajnoj ĉvrstoći.<br />
PONAŠANJE ĈELIKA PRI PROMENLJIVOM OPTEREĆENJU<br />
Ovo pitanje ima posebnu - osnovnu važnost jer je utvrdjeno da se konstruktivni elementi mogu lomiti i pri nižim naponima od<br />
statiĉke jaĉine materijala. Naime ako se dovoljan broj puta izazove promena napona u materijalu, nastaće zamor materijala i sniženje<br />
njegove jaĉine kidanja. To opasno opterećenje konstruktivnog elementa je promenljivo opterećenje koje osciluje izmedju gornje g i<br />
donje granice napona d . Karakteristiĉno je da na lom direktno utiĉe promena napona g - d i srednji prednapon SR =( d + g )/2. Pri<br />
tome je utvrdjeno da što je viši srednji napon to je potrebna za lom manja razlika gornjeg i donjeg graniĉnog napona.<br />
1<br />
Milosavljević M., Radojković M., Kuzmanović B: OSNOVI ĈELIĈNIH KONSTRUKCIJA-Beograd 1978
MAŠINSKI FAKULTET NIŠ - autorizovana predavanja dr MIOMIR JOVANOVIĆ: 6<br />
Maksimalni napon g = MAX koji materijal može da izdrži bezbroj puta pri promenljivom opterećenju a da pri tome ne nastupi lom<br />
konstruktivnog elementa, naziva se napon jaĉine zamora (dinamiĉka jaĉina) D. Prirode statiĉkog i dinamiĉkog naprezanja materijala<br />
se razlikuju. Lom u konstrukciji nastao od zamora drugaĉijeg je izgleda od loma izazvanog statiĉkom silom kidanja. Lom izazvan<br />
zamorom materijala karakteriše se odsustvom plastiĉne deformacije. Mehanizam zamora je specifiĉan po nastanku na mestu nekog<br />
diskontinuiteta u dinamiĉki najnapregnutijoj zoni. Uzroci su mikro ili makro nepravilnost koji dovode do prekoraĉenja ĉvrstoće<br />
materijala u lokalnoj zoni. Time se povećava prslina smanjujući površinu zdravog - nosivog dela. To je uzrok daljeg razvoja prsline<br />
koja ubrzano zahvata veliku površinu. Kada konstruktivni element više ne može da nosi ni srednji napon nastaje slom konstrukcije.<br />
Na pojavu zamora materijala utiĉe kvalitet izrade, obrade i spoljni oblik elementa.<br />
VRSTE PROMENLJIVIH OPTEREĆENJA<br />
Dinamiĉka opterećenja se prema karakteru promene, dele na dve osnovne grupe:<br />
I -grupa: Promenljiva opterećenja sa pravilnim (harmonijskim) zakonom,<br />
II-grupa: Promenljiva opterećenja sa sluĉajnim (nepravilnim) zakonom promene<br />
Prva grupa naprezanja odlikuje sa pravilnim zakonom u vidu sledećih podkategorija:<br />
- Jednosmerno promenljivo opterećenje,<br />
- Ĉisto jednosmerno promenljivo opterećenje,<br />
- Naizmeniĉno promenljivo opterećenje,<br />
- Ĉisto naizmeniĉno promenljivo opterećenje,<br />
Ovu klasifikaciju ilustruju dijagrami sa ĉetiri moguća stanja dinamiĉkog naprezanja konstruktivnog elementa (slika I-12, slika I-13):<br />
4<br />
JEDNOSMERNO<br />
PROMENLJIVO OPTEREĆENJE<br />
NAPON <br />
3<br />
A<br />
A<br />
ČISTO JEDNOSMERNO<br />
PROMENLJIVO OPTEREĆENJE<br />
2<br />
1<br />
MIN<br />
SR<br />
MAX<br />
MAX = 2A<br />
0<br />
Slika I-12 Dijagram jednosmernih dinamičkih kategorija opterećenja<br />
<br />
MIN<br />
Jednosmerno promenljivo opterećenje ima svojstva: <br />
SR , r 0 (I-2.1)<br />
<br />
Napon pri jednosmerno promenljivom opterećenju se oznaĉava sa j<br />
. Kod ĉisto jednosmernog opterećenja važe relacije:<br />
<br />
SR<br />
MAX<br />
, r <br />
<br />
MIN<br />
0 (I-2.2)<br />
<br />
MAX<br />
Kod naizmeniĉno - promenljivog opterećenja (napon se obeležava sa n ) važi:<br />
1.5<br />
1.0<br />
NAIZMENIČNO<br />
PROMENLJIVO OPTEREĆENJE<br />
A<br />
ČISTO NAIZMENIČNO<br />
PROMENLJIVO OPTEREĆENJE<br />
SR = 0<br />
0.5<br />
=MAX<br />
SR<br />
NAPON <br />
0.0<br />
A<br />
-0.5<br />
=MIN<br />
-1.0<br />
Slika I-13 Dijagram naizmeničnih dinamičkih kategorija opterećenja<br />
<br />
SR<br />
, r <br />
<br />
MIN<br />
0 (I-2.3)<br />
<br />
Kod ĉisto naizmeniĉno - promenljivog opterećenja (napon se obeležava sa no ), važe relacije:<br />
MAX
MAŠINSKI FAKULTET NIŠ - autorizovana predavanja dr MIOMIR JOVANOVIĆ: 7<br />
<br />
MIN<br />
<br />
SR 0, r <br />
<br />
MAX<br />
1. (I-2.4)<br />
Pri tome važe osnovne relacije kod svih ovih zakona:<br />
<br />
MAX MIN<br />
SR<br />
<br />
2<br />
SR<br />
,<br />
MAX<br />
,<br />
<br />
MAX MIN<br />
<br />
,<br />
2<br />
SR<br />
,.<br />
MIN<br />
(I-2.5)<br />
Dinamiĉka ĉvrstoća materijala (jaĉina zamora) oznaĉava se konvencionalno: Dj<br />
Dinamiĉka ĉvrstoća se odredjuje eksperimentalno i ti rezultati dati su u Smitovom dijagramu. Podaci o kritiĉnom broju opterećenja<br />
koji izaziva lom, dati su u Velerovoj krivoj za pojedine materijale. Tako se kod ĉelika S 235, nakon 50.000 ciklusa, naglo se<br />
smanjuje jaĉina zamora sa 30 na 20 kN/cm 2 , a posle 1.000.000 ciklusa ima vrednost 16.5 kN/cm 2 . Eksperimentalne vrednosti za Dno<br />
i Djo za konstrukcione ĉelike S 235 i S 355 su:<br />
S 235 Dno = 15.0 kN/cm 2 , Djo = 24 kN/cm 2 ,<br />
S 355 Dno = 17.0 kN/cm 2 , Djo = 30 kN/cm 2 , (I-2.6)<br />
Utizaj zamora materijala praktiĉno se obuhvata po jednoj metodologiji tako što se umanjuje dozvoljeni napon posredstvom<br />
koeficijenta zamora z. (jednaĉina I-2.7). Ovaj uticaj se uzima samo kod konstrukcija kod kojih objektivno postoji zamor materijala.<br />
To su dizalica visoke radne uĉestalosti i relativne opterećenosti koje su klasifikovane u 5-6 klasu po FEM propisima.<br />
<br />
Ddop<br />
z <br />
(I-2.7)<br />
dop<br />
Gde je:<br />
Ddop dopušteni napon za delove izložene zamaranju,<br />
dop dopušteni napon za statiĉki napregnut materijal prema I sl.opterećenja,<br />
z - Koeficijent zamora materijala se odredjuje prema tabeli I-11:<br />
Tabela I-11<br />
Koeficijent zamaranja z<br />
Ĉelik<br />
<br />
<br />
zatezanje<br />
pritisak<br />
A<br />
A<br />
Ĉ0361 0. 875 ( 1<br />
0. 300 ) 0. 875 ( 1<br />
0. 300 )<br />
B<br />
B<br />
A<br />
A<br />
Ĉ0561 0. 750 ( 1<br />
0. 380 ) 0. 870 ( 1<br />
0.465 )<br />
B<br />
B<br />
U sluĉaju da se dobije z >1 uzima se z =1<br />
A - po apsolutnoj vrednosti, najmanji iznos napona, sile ili momenta savijanja,<br />
B - po apsolutnoj vrednosti, najveći iznos napona, sile ili momenta savijanja,<br />
A/B može biti r iz predhodnih analiza. A i B se uzimaju sa predznakom.<br />
DOPUŠTENI NAPONI ĈELIKA ZA NOSEĆE KONSTRUKCIJE<br />
Opšti konstrukcioni ĉelici propisani su prema EN 10025. Ovi ĉelici imaju garantovanu granicu razvlaĉenja R e prema kojoj se dalje<br />
utvrdjuju dozvoljeni naponi. Osnov za dimenzionisanje je opšti izraz (I-2.8), pa shodno korišćenim materijalima (<strong>Predavanje</strong>-2),<br />
koriste se sledeće vrednosti garantovane granice plastiĉnosti :<br />
raĉ < dop<br />
(I-2.8)<br />
Pri tome se dopuštena naprezanja utvrdjuju prema raĉunskim stepenima sigurnosti. Jugoslovenski propisi odredjuju<br />
dopuštena naprezanja za materijale u projektovanju spojeva zavrtnjima i zakivcima.<br />
Osnovna klasifikacija opterećenja izvršena je prema uporednom trajanju na osnovna i dopunska. U osnovna opterećenja<br />
spadaju: sopstvena težina konstrukcije, stalno opterećenje na njoj, korisno opterećenje, sneg i druge kategorije ĉije prisustvo je<br />
višestruko trajnije od dopunskih uticaja. U dopunska opterećenja spada: uticaj vetra, uticaj inercijalnih sila, temperaturni uticaji i<br />
druga dejstva povremeno i kratkotrajno prisutna. Iz toga su izdvojena dva osnovna sluĉaja opterećenja konstrukcija:<br />
I - osnovno,<br />
II- osnovno i dopunsko zajedno
MAŠINSKI FAKULTET NIŠ - autorizovana predavanja dr MIOMIR JOVANOVIĆ: 8<br />
Za osnovne materijale od kojih je napravljena konstrukcija naš standard SRPS U.E7.145 iz 1987/1991. godine predvidja<br />
tri osnovna sluĉaja opterećenja sa odgovarajućim koeficijentima sigurnosti za odredjivanje dozvoljenih napona. Propisani<br />
koeficijenti sigurnosti za ove sluĉajeve opterećenja konstrukcije su kod prvog sluĉaja opterećenja 1.5 a kod drugog sluĉaja 1.33.<br />
Osim ovih radnih sluĉajeva opterećenja, postoji i treći (III) sluĉaj opterećenja konstrukcija od sluĉajnih (izuzetnih) uticaja: udar<br />
drumskog vozila u stub hale, zatim uticaj inercijalnih sila izazvanih sluĉajnim vibracijama, naprezanja izazvana montažom,<br />
transportom kao i seizmiĉki uticaji. Koeficijent sigurnosti za takva stanja je 1.2. Deljenjem napona na granici razvlaĉenja stepenom<br />
sigurnosti dobija se dopušteni napon:<br />
R<br />
<br />
e<br />
dop<br />
(I-2.9)<br />
<br />
3<br />
4<br />
6<br />
( I) 1.5,<br />
(II)<br />
1.333,<br />
(III)<br />
1.2,<br />
(I-2.10)<br />
2<br />
3<br />
5<br />
Dopušteni naponi se odnose na opterećenja od zatezanja, pritiska i savijanja. Tangentni napon od smicanja se odredjuje u odnosu na<br />
napon na granici razvlaĉenja R e za odredjeni sluĉaj opterećenja, prema obrascu (I-2.11):<br />
R<br />
<br />
e<br />
dop <br />
(I-2.11)<br />
S (i)<br />
Za I,II i III sluĉaj opterećenja, koeficijent sigurnosti od smicanja S iznosi:<br />
3<br />
3<br />
4<br />
3<br />
6<br />
3<br />
S(I)<br />
2.5980, S(II)<br />
2.3094, S(III)<br />
2.0785, (I-2.12)<br />
2<br />
3<br />
5<br />
Za praktiĉnu realizaciju, raĉunske vrednosti napona su zaokružene.<br />
Primenom na S 235, (SRPS U.E7.145, ranije Ĉ 0361, Ĉ 0362, Ĉ 0363), dozvoljeni naponi su:<br />
Tabela I-13a<br />
Vrsta napona<br />
Prvi sluĉaj<br />
opterećenja<br />
Drugi sluĉaj opterećenja Treći sluĉaj<br />
opterećenja<br />
dop kN/cm 2 16 18 20<br />
dop kN/cm 2 9 10 11.50<br />
U sluĉaju ĉelika S 0275 (SRPS U.E7.145), dozvoljeni naponi su:<br />
Tabela I-13b Prvi sluĉaj<br />
Drugi sluĉaj Treći sluĉaj opterećenja<br />
Vrsta napona opterećenja<br />
opterećenja<br />
dop kN/cm 2 18.5 20.5 24<br />
dop kN/cm 2 10.5 12 14<br />
U sluĉaju ĉelika S 355, (SRPS U.E7.145), dozvoljeni naponi su:<br />
Tabela I-13c<br />
Prvi sluĉaj<br />
opterećenja<br />
Drugi sluĉaj<br />
opterećenja<br />
Treći sluĉaj opterećenja<br />
Vrsta napona<br />
dop kN/cm 2 24 26.5 30<br />
dop kN/cm 2 14 15.5 17.5<br />
Kod složenih naponskih stanja konstrukcija sa prisustvom normalnih i tangencijalnih napona, dozvoljeni naponi se uporedjuju sa<br />
uporednim raĉunskim naponima U odreĊenim prema karakteru procesa deformacije. Osnov za izbor hipoteze o slaganju napona je<br />
karakter energije – rada utrošenog na proces deformacije. Uporedni napon za dvodimen. naponsko stanje odreĊuje se prema obrascu:<br />
2 2<br />
2<br />
U <br />
X<br />
<br />
Y<br />
X<br />
Y<br />
3<br />
<br />
(I-2.13)<br />
XY<br />
U sluĉaju trodimenzionalnog radnog stanja, uporedni napon se može odrediti prema obrascu:<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2 2 2<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
1<br />
<br />
U<br />
<br />
X Y Y Z Z X<br />
3<br />
(I-2.14)<br />
XY XY XY<br />
2<br />
Naponi X, Y, Z, XY, YZ, , su komponente naponskog tenzora u posmatranoj taĉki.<br />
ZX