Коефіцієнт запасу міцності. Допустимі напруження.

Як вже указувалося, деталі машин й інші конструкції повинні задовольняти умові міцності і жорсткості. Розміри деталей необхідно підібрати так, щоб під дією прикладених навантажень вони не руйнувалися і не одержали деформації, які перевищують допустимі. Зокрема, в машинобудівних деталях, як правило, не допускаються залишкові деформації.

Як руйнування деталі, так і її деформації пов'язані з величиною діючих в них напружень. Значні залишкові деформації з'являються у разі застосування пластичного матеріалу, коли напруження досягне межі текучості. Руйнування наступає, коли напруження досягне величини тимчасового опору. При цьому у разі крихкого матеріалу деформації будуть незначними. Таким чином, для деталей, виготовлених з пластичного матеріалу, небезпечним напруженням слід вважати межу текучості , а з крихкого – границя міцності (тимчасовий опір) .

Величина межі текучості і границі міцності (тимчасовий опір) легко може бути одержана з досліду. Не дивлячись на це, вибір допустимих напружень, покладеного в основу розрахунку на міцність, виявляється досить складним.

Це пояснюється необхідністю врахувати наступні обставини:

- неоднорідність характеристик матеріалу, в результаті якої механічні характеристики матеріалу, одержані на різних зразках навіть з одного прутка, декілька відрізняються;

- величина і характер найбільших навантажень, що діють на деталь, яка розраховується, зазвичай точно невідомі;

- результати розрахунку є наближеними, оскільки в основу виведення формул покладені допущення, а розрахункові схеми спрощено відображають характер роботи конструкцій, які розраховуються. Тому не тільки допустимі напруження повинні бути вибрані менш небезпечними, але і необхідно мати деякий запас, щоб забезпечити міцність навіть у разі найбільш несприятливого поєднання перелічених чинників.

Допустиме напруження -це найбільше напруження, при якому гарантується міцність конструкції.

Допустиме напруження [σ] може бути визначене за формулою:

де – небезпечне напруження ( або );

n – коефіцієнт запасу міцності, що показує, в скільки разів допустиме напруження менше небезпечного.

Коефіцієнт запасу міцності залежить від відповідальності конструкції, умов роботи, точності розрахунку, режиму вантаження та інших чинників.

Для пластичних матеріалів у разі статичного навантаження небезпечним напруженням слід вважати межу текучості.

Тоді

(21)

Величину коефіцієнта запасу міцності для сталей при статичному навантаженні беруть як n_Т =1,3…1,5.

Для крихких матеріалів при статичному навантаженні небезпечним напруження є тимчасовий опір, і тоді

(22)

Коефіцієнт запасу міцності зазвичай беруть n_м= 2,5...3,0.

Крихкі матеріали краще чинять опір стисканню, а пластичні розтягу. Одержання величини вельми важливе, оскільки від правильного встановлення залежить міцність і безпека проектованої конструкції, а також економічна сторона – кількість матеріалу, який витрачається.

Встановленням величини допустимих напружень займаються державні нормуючі органи.