Оценка прочности деталей при центральном растяжении — сжатии

№96-1,

технические науки

Деформация центральное растяжение — сжатие является достаточно распространенной в конструкциях и деталях машин, поэтому навыки определения прочности элементов конструкций для последующей оценки их прочности является важной задачей. В статье идет речь об основных аспектах развития навыков оценки прочности при центральном растяжении — сжатии.

Похожие материалы

Одним из разделов курса сопротивление материалов является изучение так называемых простых деформаций, то есть таких деформаций, которые возникает в объекте исследования вследствие приложения какой-либо одной внешней силы: растягивающей, сжимающей, скручивающей, причем в сечении объекта должен возникать лишь один вид напряжения (нормальное или касательное). Как правило, изучение простых деформаций начинают с рассмотрения деформации центральное растяжение или центральное сжатие. Данные деформации являются наиболее простыми для понимания обучающихся и их изучение позволяет в дальнейшем перейти к рассмотрению других деформаций, включая сложные деформации.

Рассматривая деформации растяжение или сжатие, вводятся понятия напряжения, относительного удлинения или укорочения детали, модуля продольной упругости, правил построения эпюр продольных сил и нормальных напряжений и так далее.

Как известно для определения величины нормального напряжения при центральном растяжении или центральном сжатии необходимо знать две величины — это значения внутренних продольных сил и площади поперечного сечения детали. Значение внутренних продольных сил чаще всего определяют при помощи эпюр. Методика построения эпюр предварительно должна быть объяснена обучающимся и в полной мере освоена. Здесь следует учитывать тот факт, что раздел Сопротивление материалов изучается после раздела теоретическая механика, где правило знаков внешних сил истолковывается несколько иначе. На это следует обращать внимание, хотя, в конечном счете, не правильность вычислений этот факт не сказывается. Данный вопрос целесообразно рассматривать на примере практических задач. В практических примерах сначала к рассматриваемому телу прикладываем одну силу, затем две сила однонаправленные, потом две силы разнонаправленные, далее по три силы и так далее. Таким образом, овладев правилом суммирования сил внешней нагрузки, обучающийся получает навыки определения внутренней продольной силы. Также целесообразно обратить внимание на необходимость переводы единиц измерения внешних сил (приведения их единообразию).

Для определения значения нормального напряжения при центральном растяжении или центральном сжатии другой величиной является значение площади поперечного сечения, как было сказано ранее. При объяснении правил нахождения данного параметра хотелось бы остановиться несколько подробней.

При изучении растяжения (сжатия) бруса мы пользовались только одной характеристикой поперечного сечения — площадью S. Действительно, при растяжении безразлично, какова форма сечения бруса (круг, прямоугольник, кольцо и т.п.), важно только то, какова его площадь.
Допустим, нам необходимо согнуть металлическую полосу (брус с сечением вытянутого прямоугольника) или сломать доску. В какой плоскости мы будете пытаться это делать? Для того, чтобы с минимальными усилиями деформировать полосу или сломать доску, их необходимо изгибать относительно оси, вдоль которой размер сечения минимальный.
Таким образом, из жизненного опыта нам известно, что сопротивляемость бруса к изгибу зависит не только от площади поперечного сечения, но и от его формы. Иначе говоря, для того, чтобы рассматривать сопротивляемость бруса к различным видам деформации необходимо знать не только площадь, но и некоторые другие геометрические характеристики сечений. В связи с этим, целью данной работы является изучение геометрических характеристик сечений, которые нам потребуются при изучении раздела «Сопротивление материалов».

В большинстве случаев данный вопрос в учебной дисциплине механика (речь идет о геометрических характеристиках сечений) рассматривается в разделе теоретическая механика.

Что касается темы центральное растяжение — сжатие, то здесь особенности геометрических характеристик отходят на второй план. Первостепенным остается значение площади поперечного сечения детали.

Часто при решении практических примеров и задач условия составляются таким образом, что рассматриваемые детали имеют не равномерное поперечное сечение (переход от круглого сечения к прямоугольному, изменение диаметров и других размеров, или же конструкция просто является составной). На этот факт следует обращать особое внимание. Обучающийся должен понять для чего производится определение нормального напряжения, он должен понимать, что именно по этой физической величине производят оценку прочности конструкции.

С этой целью при объяснении учебного материала вводится понятие эпюры нормальных напряжений. Изучив и применив на примере конкретной задачи правила и методику построения эпюры нормальных напряжений при центральном растяжении и центральном сжатии, получается целостная картина распределения нормальных напряжений вдоль рассматриваемой детали. Следует акцентировать внимание обучающихся на характере решаемой практической задачи. В случае оценки прочности конструкции следует выбирать наибольшее значение напряжения, в случае решения других задач может потребоваться и полная картина распределения нормальных напряжений вдоль детали.

Немало важную роль при рассмотрении данного вопроса играют и характеристики материала. В данном контексте следует обратить внимание обучающихся на основные виды конструкционных материалов, указать их отличительные особенности, довести их прочностные характеристики.

На практике возможно в качестве дополнения предложить обучающемуся кроме оценки прочности конструкции предложить и мероприятия по ее обеспечению или повышению ее запаса. Это может достигаться различными способами, например заменой материала, увеличением площади поперечного сечения детали или какими — либо конструктивными методами.

В заключении следует сказать, что именно деформация центральное растяжение — сжатие в дисциплине «Сопротивление материалов» закладывает основные навыки проведения прочностных расчетов элементов конструкций и деталей машин.

Список литературы

  1. Покровский А.А., Киселев В.В., Топоров А.В., Пучков П.В. Реализация информационных и профессионально-ориентированных образовательных технологий в учебном процессе. / Материалы VII Международной научно-методической конференции «Современные проблемы высшего образования». – 2015. – С. 44-49.
  2. Кропотова, Н.А., Легкова, И.А. Принципы адаптивности инженерно-технической подготовки кадров профессионального образования. // Надежность и долговечность машин и механизмов: сборник материалов IX Всероссийской научно-практической конференции, Иваново, 12 апреля 2018 г. – Иваново: ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2018. - С. 503-504.
  3. Горинова С. В., Кропотова, Н.А. Особенности подготовки специалистов РСЧС, работающих в сложных климатических условиях // Организация управления в РСЧС: сборник материалов научно-методического семинара. Иваново, 30 октября 2017 г. / сост. М. В. Чумаков, С. В. Найденова. – Иваново: ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2017. – С. 7-11.