理论教育 许用应力与安全系数的优化方案

许用应力与安全系数的优化方案

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:工程上将材料因强度不足而失效时的最大应力称为极限应力。当构件中的应力接近极限应力时,构件就处于危险状态。因此,材料的极限应力不能直接作为构件安全工作时所允许承受的最大应力。许用应力常用符号[R]表示。如果安全系数n过大,则许用应力过低,将造成材料使用过多或浪费;如果安全系数n过小,则材料用量减少,但安全得不到保障,在过载时容易导致事故。所以,选取安全系数n时,必须合理权衡构件的安全性和经济性。

许用应力与安全系数的优化方案

工程上将材料因强度不足而失效时的最大应力称为极限应力。对于脆性材料来说,其失效表现为断裂破坏,所以其抗拉强度就是极限应力;对于塑性材料来说,当应力达到屈服强度时,材料将产生显著的变形而丧失工作能力,所以塑性材料的屈服强度(如ReL)就是极限应力。

当构件中的应力接近极限应力时,构件就处于危险状态。因此,材料的极限应力不能直接作为构件安全工作时所允许承受的最大应力。这是因为:①材料本身存在不均匀性;②构件承受的载荷难以精确估算;③构件加工时存在尺寸误差;④构件工作期间可能遇到意外过载或其他不利工作条件等。基于上述因素,构件在使用过程中,为了确保安全可靠地工作,须预留足够的强度储备。所以,实际上对于材料的极限应力应除以一个大于1的系数n,作为材料安全工作时允许承受的最大应力,这个应力就是材料的许用应力。许用应力常用符号[R]表示。

塑性材料: [R]=屈服强度/n(www.daowen.com)

脆性材料: [R]=抗拉强度/n

式中,n为安全系数,它反映了强度储备的情况,也反映了合理协调构件安全性与经济性的矛盾关系。如果安全系数n过大,则许用应力过低,将造成材料使用过多或浪费;如果安全系数n过小,则材料用量减少,但安全得不到保障,在过载时容易导致事故。所以,选取安全系数n时,必须合理权衡构件的安全性和经济性。对于塑性材料,其安全系数n=1.2~2.5;对于脆性材料,其安全系数n=2.0~3.5。

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