Определение нагрузок и их комбинаций. Нагрузки крановых конструкций. Схема нагружения стрелы. Схема нагружения фермы консольного крана, страница 8

4.3. Методы расчета металлоконструкций на прочность и устойчивость

Для расчета  конструкций  машин по критерию прочности в настоящее  время в основном используют два метода расчета: по методу  допускаемых напряжений  и  - методу предельных состояний. 

4.3.1. Расчет по методу допускаемых напряжений (предложен французским инженером Навье в 1826 г.) базируется на коэффициентах запаса прочности,  которые устанавливаются на основании  опытных  данных применительно к конкретным видам машин.

Действующие в материале конструкции максимальные рабочие напряжения s_max  не должны превышать допускаемой величины напряжений для данного материала s_доп, получаемого делением предельного напряжения (предел текучести s_т для пластичных материалов; предел прочности s_В для хрупких, предел выносливости s_RNК при действии повторно-переменных нагрузок) на коэффициент запаса прочности n₀.

Максимальные рабочие напряжения s_max  определяются в зависимости от условий нагружения конструкции и действующих в ней усилий. При расчетах на статическую прочность это -  максимальные эквивалентное напряжения и s_экв (общий случай), определяемое по одной из теорий прочности (обычно используют 4-ю энергетическую). При расчетах усталостной прочности – максимальные напряжения блока нагружения s_пр, определяемые по приведенной (условной) нагрузке, эквивалентной реальной по степени накопления усталостных повреждений. При расчетах на устойчивость – максимальные нормальные напряжения сжатия s_сж в рассматриваемом сечении.

Значения коэффициента запаса прочности n₀, а следовательно, и s_доп, зависит от многих факторов: насколько точно в расчете можно учесть реальные нагрузки, какова степень совпадения  свойств основного материала конструкции со свойствами испытательных образцов, в какой степени можно гарантировать постоянство условий работы конструкции при эксплуатации машины. Значения n₀ для грузоподъемных и строительных машин приведены [4], [11].

Основными расчетные зависимости метода:

по условию статической прочности

                                                s_экв £ s_доп ;                                                                 (4.1)

по условию усталостной прочности

                                                s_пр £ g s_доп ;                                                                (4.2)

по условию устойчивости

                                                s_сж £ j s_{доп ,}                                                                                                         (4.3)

где j - коэффициент, учитывающие снижение допускаемого нормативного напряжения при потере устойчивости, определяемый по рекомендациям [8], [11], [12],

g - коэффициент, учитывающие снижение допускаемого нормативного напряжения при циклическом нагружении.

По техническим условиям [13] g рекомендуется определять:

для стержней и соединений при преимущественном растяжении  (s_max > 0)

                                                 ;                                          (4.4)

для стержней и соединений при преимущественном сжатии (s_max < 0)

                                                 ;                                         (4.5)

где К – эффективный коэффициент концентрации напряжений, определяемый опытным путем (как соотношение пределов выносливости образцов без и с концентратором напряжений) для соответсвующей  конструкции узла или элемента [СК, табл. I.5.1],

R_а – коэффициент ассиметрии цикла:

                                                R_а = s_min / s_max  ,                                                                    (4.6)

s_min и s_max – наименьшее и наибольшее абсолютные значения переменных напряжения , взятые со своими знаками.

4.3.2. Расчет по методу предельных состояний базируется на  статистическом учете обстоятельств работы конструкций.