naprężenia dopuszczalne - Zakład Wytrzymałości Materiałów i ...

NAPRĘŻENIA DOPUSZCZALNENaprężenia dopuszczalne są miarą wytężenia materiału:dopngdzie: nieb – naprężenie przyjęte za niebezpieczne (granica plastyczności,wytrzymałość materiału na rozciąganie),n – współczynnik bezpieczeństwa.Współczynnik bezpieczeństwa n musi być większy od 1.Właściwy dobór współczynnika bezpieczeństwa to jedno z podstawowychzagadnień w projektowaniu. Wymagania:niebZnajomość całokształtu problemów konstrukcyjnych, technologicznychi eksploatacyjnych – WIEDZA SYSTEMOWA, z uwzględnieniemwpływu działalności inżynierskiej na środowisko (otoczenie).Posiadanie wiedzy teoretyczną (wiedza jawna), oraz odpowiedniejwiedzy praktycznej (wiedza ukryta).Odpowiedzialność i samokontrola, asertywność, umiejętnośćpodejmowania decyzji i skalkulowanego ryzyka.CZYNNIKI WPŁYWĄJACE NA WYBÓR WSPÓŁCZYNNIKABEZPIECZEŃSTWA:1. Niejednorodna struktura materiału (wtrącenia).2. Naprężenia wstępne (obróbka cieplna, naprężenia montażowe, naprężeniatermiczne).3. Charakter obciążenia:losowość obciążenia (obciążenia przypadkowe),zmienność obciążenia (zmęczenie materiałów),obciążenia dynamiczne (udarowe).4. Warunki eksploatacji (zużycie, korozja).5. Spiętrzenia naprężeń (karby, niedokładności wykonania i obciążenia).6. Niedoskonałość metod obliczeniowych:zbyt daleko idące uproszczenia,błędy modelowania,niedoskonałość metod analitycznych.,Warunki wytrzymalosci 1

W nowocześnie rozumianej wytrzymałości materiałów zaczyna dominowaćtendencja do bardzo precyzyjnego określania rzeczywistychwspółczynników bezpieczeństwa. Jest to zagadnienie o złożonym charakterze,wymagającym uwzględnienia: aspektów ekonomicznych (kosztów projektowanych konstrukcji), aspektów bezpiecznej pracy konstrukcji, aspektów niezawodnej pracy konstrukcji.Uwzględnienie tych i innych aspektów powoduje, że obliczenia wytrzymałościowestają się coraz bardziej skomplikowane, odpowiedzialnei wymagają stosowania najnowszych osiągnięć nauki, techniki komputeroweji informatyki. OBLICZENIA TE MAJĄ CHARAKTER SYSTEMOWY(MECHATRONICZNY) – PROJEKTOWANIE SYSTEMOWE (projektowanieuwzględniające optymalizację konstrukcji).Konstrukcja bezpieczna oprócz spełnienia warunków bezpiecznejpracy (wytrzymałości i sztywności) musi także sygnalizować przeciążeniekonstrukcji (rysy, pęknięcia, osiadanie). Konstrukcja powinna byćtak zaprojektowana, aby umożliwić ewakuację ludzi i sprzętu (nie ulegaćnagłemu, nie sygnalizowanemu zniszczeniu).WARUNEK WYTRZYMAŁOŚCIOWYmax dop.Warunek wytrzymałościowy stanowi podstawę obliczeń wytrzymałościowychna „naprężenia dopuszczalne”. Prostota tego warunku powoduje,że dominuje on w procesach projektowania większości konstrukcjiinżynierskich. Z warunku wynika, że o wytrzymałości całej konstrukcjidecyduje jej najsłabszy element, w którym pojawią się naprężenia dopuszczalne.Korzystanie z niego umożliwia zrealizowanie obu zadań wytrzymałościmateriałów, czyli:– określenie dopuszczalnych obciążeń konstrukcji o znanych wymiarach,– określenie koniecznych wymiarów konstrukcji dla zadanego obciążenia.Postawą obliczeń wytrzymałościowych są właściwości materiału uzyskaneza pomocą statycznej próby rozciągania.Warunki wytrzymalosci 2

INNE WARUNKI WYTRZYMAŁOŚCIOWE: Warunek sztywności konstrukcji L Ldop . Warunek stateczności konstrukcji (konstrukcje cienkościenne) P P ,krgdzie P kr to obciążenie krytyczne dla danej konstrukcji.Warunek wytrzymałości zmęczeniowej.Inne – np. warunek na pełzanie.PRAKTYKA INŻYNIERSKA: jednoczesne spełnianie ww. warunków.Obliczenia wytrzymałościowe oparte na koncepcji naprężeń dopuszczalnychsą powszechnie stosowane w praktyce inżynierskiej. Ich wadąjest to, że o bezpieczeństwie całej konstrukcji decyduje wartość naprężeniaw jednym tylko miejscu. Jest to sposób projektowania zakładający,że o wytrzymałości całej konstrukcji decyduje jej najsłabszy element.Gdy w konstrukcji występują spiętrzenia naprężeń, ścisłe trzymaniesię tego sposobu (koncepcji, filozofii projektowania) prowadzi do jejprzewymiarowania. W związku z tendencją do urealniania współczynnikówbezpieczeństwa coraz częściej stosuje się inne koncepcję obliczeńwytrzymałościowych.METODY PROJEKTOWANIA KONSTRUKCJI1. Metody energetyczne – pojęcia: pręt uogólniony, siła uogólniona,przemieszczenie uogólnione. Twierdzenie Castigliano, zasada najmniejszejpracy Menabre’a. Powszechne zastosowanie w praktyce.2. Metoda obciążeń granicznych – dopuszcza występowanie w konstrukcjiodkształceń plastycznych (schematyzacja wykresów rozciągania).(e)3. Metoda naprężeń granicznych: obciążenie obliczeniowe P i P , i(e)gdzie Pi– i-te obciążenie charakterystyczne (przenoszone siły, ciężarwłasny, temperatura itp.), i – współczynniki obciążeń stałych, zmiennychoraz uplastycznienia materiału.4. Metoda stanów granicznych – stanu granicznego nośności lub stanugranicznego użytkowania. Metoda oparta jest na skodyfikowanychmiędzynarodowych przepisach i normach (Eurokody).5. Metoda elementów skończonych MES (Finite Element Metod FEM)Zalety MES: określanie rzeczywistych współczynników bezpieczeństwa, odejście od filozofii projektowania na „najbardziej obciążony element”i wyrównanie wartości naprężeń w całej konstrukcji.Wady MES: eksperyment numeryczny, konieczność doświadczalnej weryfikacji rozwiązań.Warunki wytrzymalosci 3