rumah Langit-langit peregangan Perhitungan kekuatan di bawah tekanan yang bervariasi terhadap waktu. Perhitungan kekuatan pada tegangan konstan dan bolak-balik menggunakan metode keadaan batas dan tegangan izin Perhitungan kekuatan dan kekakuan

Perhitungan kekuatan di bawah tekanan yang bervariasi terhadap waktu. Perhitungan kekuatan pada tegangan konstan dan bolak-balik menggunakan metode keadaan batas dan tegangan izin Perhitungan kekuatan dan kekakuan

Perhitungan gaya tegangan variabel Saat menghitung kekuatan pada tegangan variabel, kekuatan suatu bagian biasanya dinilai dengan nilai faktor keamanan aktual P, dibandingkan dengan faktor keamanan yang diizinkan yang ditetapkan oleh norma, kondisi kekuatan ditulis n >. Faktor keamanan P, misalnya, dapat ditentukan kira-kira dengan menggunakan gambaran skema amplitudo pembatas. 460.6 pertama, cari faktor keamanan untuk standar kelancaran

sampel, bukan bagian sebenarnya. Beban eksternal mengasumsikan bahwa siklus kerja di mana faktor keamanan ditentukan dan siklus batas yang sesuai bervariasi dengan cara yang sama. Dari sumber diagram (lihat diagram 460.6) gambarlah sinar 01 dengan sudut tertentu (§a = -, dimana AA adalah amplitudo dan tegangan rata-rata siklus kerja. Titik M pada garis lurus dengan koordinat AA dan di, mencirikan siklus kerja .Titik koordinat N l 18 orde ha 1037 549i putt mencirikan nilai batas siklus yang sama. Dengan demikian, nilai faktor keamanan p dapat ditentukan

sebagai (W Rasio segmen. Jika balok 01 memotong garis lurus AB, maka peningkatan tegangan siklus akan menyebabkan kegagalan kelelahan Lyudmila Firmal

Sampel. Faktor keamanan kegagalan fatik dalam hal ini dinyatakan dalam n#, dimana titik N berada pada garis AB dan memenuhi persamaan (18.11). 0_1=аш+п^а, (18.13) Dimana PJ= (18.14) Diperoleh faktor keamanan sampel halus. Kekuatan suatu bagian tergantung pada ukuran dan bentuk bagian tersebut serta kondisi permukaannya. Semua ini diperhitungkan oleh koefisien yang sesuai, faktor konsentrasi tegangan efektif ka, faktor sensitivitas permukaan p, dan faktor skala EE. Untuk mendapatkan indikator amplitudo maksimum dari bagian yang sesuai, diperlukan

mengurangi batas ketahanan dalam siklus simetris -?- kali, atau sama saja, ketika amplitudo tegangan siklus kerja AA meningkat, maka rumus (18.13) akan berbentuk Faktor keamanan bagian tersebut adalah sama dengan nilai-nilai berikut (18.15)) (18.16) Harap dicatat bahwa Anda menggunakan if alih-alih angka. 460, B) menerapkan skema tambahan yang disederhanakan yang dibangun berdasarkan dua titik (Gbr. 460, a), dalam Rumus (18.16) hanya koefisien sudut f garis lurus AB yang berubah. Dalam hal ini, Anda perlu mengambil Jika balok 01 memotong garis lurus, maka peningkatan tegangan siklik menonaktifkan bagian tersebut karena munculnya deformasi plastis di dalamnya. 550koefisiensi stok, relatif terhadap kekuatan luluh, ditunjukkan dengan l dan dihitung menggunakan rumus Antibodi Emas = - - - Dan Shah. KTG AA+~T (18.17) Untuk suku cadang dari

Pada baja berkekuatan tinggi, kegagalan dapat terjadi karena penurunan kekuatan statis akibat konsentrasi tegangan. Kasus ini dimungkinkan bila koefisien asimetri mendekati satu. Koefisien margin dalam hal ini ditentukan dengan rumus D.V.d (18.18) Dimana ov adalah kekuatan tarik; o-tegangan, ditentukan tanpa memperhitungkan konsentrasi; — koefisien yang memperhitungkan pengurangan kekuatan statis akibat konsentrasi tegangan, koefisien konsentrasi tegangan statis efektif. Perhitungan di atas mengacu pada kasus keadaan tegangan uniaksial. Untuk keadaan tegangan bidang atau volumetrik, tugas menilai kekuatan jauh lebih rumit. Teori kekuatan dikembangkan dan diuji dengan baik melalui eksperimen

pada tegangan konstan, tidak dapat diterapkan secara langsung pada kasus tegangan berfluktuasi. Saat ini permasalahan tersebut belum terselesaikan secara memuaskan. Dalam praktiknya, perhitungan menggunakan ketergantungan berikut pada keadaan tegangan bidang, yang dicirikan oleh tegangan normal o dan tegangan geser t: (18.19) Di sini faktor keamanan p diperlukan untuk keadaan tegangan bidang, PA, p~ - dengan asumsi bahwa hanya tegangan normal o atau tegangan tangensial yang bertindak sesuai dengan persamaan (18.16). Ketergantungan (18.19) dikonfirmasi oleh beberapa percobaan. Hal ini juga memperluas teori kekuatan ketiga (teori tegangan geser maksimum) dalam kasus tegangan dan T

perubahan siklus simetris dalam satu tahap Digunakan jika tidak adanya perubahan fasa Delapan belas * 551 dari persamaan (18.19) diperlukan Lyudmila Firmal

faktor keamanan (18.20)) P r dan M E R1. Pin piston berbentuk tabung mesin dibebani dengan gaya P yang bervariasi dari P = 6000 kg hingga P = - 2000 kg. Sifat mekanis bahan pin piston: kuat leleh = = = 10.000 kg/cm2 kuat tarik AB = 8000kpsm2, siklus simetris o batas daya tahan, * = 5000kpsm2, siklus nol a o-7500kg/cm2 Permukaan luar pin dipoles. Koefisien sensitivitas permukaan p=1; faktor skala E0=0,9; faktor konsentrasi tegangan efektif& = 1.1. Tentukan faktor keamanan pada beban lelah. Untuk nasi. 463 menunjukkan diagram transmisi gaya ke jari dan terletak pada diagram. 463, b-grafik momen lentur. 1g (1=30mm0=5 0mm Dan (1=30mm / Gambar,

463A.< При изгибе конструкция сечения равна ^изг-2а+2)~Б ‘ 2 4~ = ~ (4 — 1 , 2 5) = 1,375 П. Момент сопротивления секции г — (вперед)! =2 ‘ 44cm3- 552 максимальные и минимальные значения изгибающего момента: Mi zgtah=1,375 Rtah=1,375-6000=8250 кг-см\Mizgtk1=1,375 rt1p=1,375 (-2000)= — 2750 кг-см. Максимальное и минимальное нормальное напряжение тока OTA= = 3380KPCM^-, M izg GP1P pip C / _ _ 2750 -2.44 Из Кпсм2. Амплитуда и среднее значение напряжения рабочего цикла °тахометра stt1p2 °a zzzo — ^и zo)=2255 кг / см2. тонна STT a x H~A gtnp Два. =338°+0^2.130)=P25kg1smg. Определим предельное значение напряжения нулевого цикла: амплитудное и среднее * А0 Два. Семь тысяч пятьсот Два. =3750kpcm?. Кроме того, создайте диаграмму предельной величины по известным

nilai a_yd d _ ^255 1.1 _ _ p-de. 'P e 1125 1l O2' 4 5, =68° 1-0, 9. Kami yakin bahwa siklus pengoperasian dan siklus batas adalah serupa. Titik M * AA=2720 kg/cm dengan koordinat duty cycle tegangan? DAN ______5000____ 0,333-1125 + - /D2+D2~y(1,23)2+ (4,14)2 - = 1,2.

Perhitungan struktur logam harus dilakukan dengan menggunakan metode keadaan batas atau keadaan yang diizinkan. menekankan. Dalam kasus-kasus sulit, direkomendasikan untuk menyelesaikan masalah perhitungan struktur dan elemen-elemennya melalui studi teoretis dan eksperimental yang dirancang khusus. Metode perhitungan progresif berdasarkan keadaan batas didasarkan pada studi statistik tentang pembebanan aktual struktur dalam kondisi operasi, serta variabilitas sifat mekanik bahan yang digunakan. Dengan tidak adanya studi statistik yang cukup rinci tentang beban aktual pada struktur jenis derek tertentu, perhitungannya dilakukan dengan menggunakan metode tegangan yang diizinkan, berdasarkan faktor keselamatan yang ditetapkan dalam praktik.

Dalam keadaan tegangan bidang, secara umum, kondisi plastisitas menurut teori kekuatan energi modern berhubungan dengan tegangan yang berkurang.

Di mana σx Dan σ kamu- tegangan sepanjang sumbu koordinat yang saling tegak lurus X Dan pada. Pada σ kamu= 0

σ pr = σ T, (170)

dan jika σ = 0, maka tegangan geser pembatas

τ = = 0,578 σ T ≈ 0,6σ T. (171)

Selain perhitungan kekuatan untuk jenis crane tertentu, terdapat batasan nilai defleksi yang berbentuk

f/l≤ [f/l], (172)

Di mana f/l Dan [ f/l] - nilai defleksi statis relatif yang dihitung dan diizinkan F sehubungan dengan rentang (keberangkatan) aku.Penyimpangan yang signifikan dapat terjadi. aman untuk struktur itu sendiri, tetapi tidak dapat diterima dari sudut pandang operasional.

Perhitungan dengan metode keadaan batas dilakukan berdasarkan beban yang diberikan pada tabel. 3.

Catatan di atas meja:

1. Kombinasi beban menyediakan pengoperasian mekanisme berikut: . Ia dan IIa – derek tidak bergerak; pengangkatan beban secara halus (Ia) atau tajam (IIa) dari tanah atau mengeremnya saat menurunkannya; Ib dan IIb - derek bergerak; start atau pengereman yang mulus (Ib) dan tajam (IIb) pada salah satu mekanisme. Tergantung pada jenis derek, kombinasi beban Ic dan IIc, dll. juga dimungkinkan.

2. Dalam tabel. Gambar 3 menunjukkan beban-beban yang terus-menerus bekerja dan terjadi secara teratur selama pengoperasian struktur, sehingga membentuk apa yang disebut kombinasi beban utama.

Untuk memperhitungkan kemungkinan lebih rendahnya kebetulan beban desain dengan kombinasi beban yang lebih kompleks, koefisien kombinasi diperkenalkan n dengan < 1, на которые умножаются коэффициенты перегрузок всех нагрузок, за исключением постоянной. Коэффициент сочетаний основных и дополнительных нерегулярно возникающих нагрузок, к которым относятся технологические, транспортные и монтажные нагрузки, а также нагрузки от температурных воздействий, принимается равным 0,9; коэффициент сочетаний основных, дополнительных и особых нагрузок (нагрузки от удара о буфера и сейсмические) – 0,8.

3. Untuk beberapa elemen struktur, pengaruh total kombinasi beban Ia dengan jumlah siklusnya dan kombinasi beban Ib dengan jumlah siklusnya harus diperhitungkan.

4. Sudut defleksi beban dari vertikal a. juga dapat dilihat sebagai akibat dari pengangkatan beban secara miring.

5. Tekanan angin kerja R b II dan tidak berfungsi - badai R b III - untuk desain ditentukan sesuai dengan Gost 1451-77. Saat menggabungkan beban Ia dan Ib, tekanan angin pada struktur biasanya tidak diperhitungkan karena rendahnya frekuensi kecepatan angin desain tahunan. Untuk derek tinggi yang mempunyai periode osilasi bebas frekuensi terendah lebih dari 0,25 s dan dipasang di daerah berangin IV-VIII menurut GOST 1451-77, tekanan angin pada struktur dengan kombinasi beban Ia dan Ib adalah diperhitungkan.

6. Beban teknologi dapat berhubungan dengan kasus beban II dan kasus beban III.

Tabel 3

Beban dalam perhitungan menggunakan metode limit state

Keadaan batas disebut keadaan dimana struktur tidak lagi memenuhi persyaratan operasional yang dikenakan padanya. Metode penghitungan keadaan batas bertujuan untuk mencegah terjadinya keadaan batas selama pengoperasian sepanjang umur pelayanan struktur.

Struktur logam mesin pengangkat (mesin pengangkat dan pengangkut) harus memenuhi persyaratan dua kelompok keadaan batas: 1) hilangnya daya dukung elemen derek dalam hal kekuatan atau hilangnya stabilitas dari aksi tunggal beban terbesar dalam operasi atau kondisi tidak beroperasi. Keadaan kerja dianggap sebagai keadaan di mana derek menjalankan fungsinya (Tabel 3, kasus beban II). Suatu keadaan dianggap tidak beroperasi bila derek tanpa beban hanya dikenai beban dari beratnya sendiri dan angin atau sedang dalam proses pemasangan, pembongkaran dan pengangkutan (Tabel 3, kasus beban III); hilangnya daya dukung elemen derek karena kegagalan akibat kelelahan akibat paparan berulang terhadap beban dengan besaran berbeda-beda selama masa pakai desain (Tabel 3, kasus beban I, dan kadang-kadang II); 2) ketidaksesuaian untuk pengoperasian normal karena deformasi atau getaran elastis yang tidak dapat diterima yang mempengaruhi pengoperasian derek dan elemen-elemennya, serta personel pengoperasian. Untuk keadaan batas kedua untuk perkembangan deformasi berlebihan (defleksi, sudut rotasi), kondisi batas (172) ditetapkan untuk jenis derek tertentu.

Perhitungan keadaan batas pertama adalah yang paling penting, karena dengan desain rasional, struktur harus memenuhi persyaratan keadaan batas kedua.

Untuk keadaan batas pertama ditinjau dari daya dukung (kekuatan atau kestabilan elemen), kondisi batas mempunyai bentuk

N ≤ F,(173)

Di mana N- beban terhitung (maksimum) pada elemen yang ditinjau, dinyatakan dalam faktor gaya (gaya, momen, tegangan); F- menghitung kapasitas menahan beban (terkecil) elemen menurut faktor daya.

Saat menghitung keadaan batas pertama kekuatan dan stabilitas elemen untuk menentukan beban N dalam rumus (171) yang disebut beban standar R N Saya(untuk desain mesin pengangkat dan pengangkut, ini adalah beban kondisi pengoperasian maksimum, yang diperhitungkan berdasarkan spesifikasi teknis dan berdasarkan pengalaman desain dan pengoperasian) dikalikan dengan faktor kelebihan beban dari beban standar yang sesuai dan aku, setelah itu pekerjaan P Hai pi mewakili beban terbesar yang mungkin terjadi selama pengoperasian struktur, yang disebut beban desain. Jadi, gaya yang dihitung dalam elemen N sesuai dengan kombinasi desain beban yang diberikan dalam tabel. 3, dapat direpresentasikan sebagai

, (174)

Di mana α saya– gaya dalam elemen di R N i= 1, dan momen desain

, (175)

Di mana M N saya– momen dari beban standar.

Untuk menentukan faktor kelebihan beban, diperlukan studi statistik variabilitas beban berdasarkan data eksperimen. Biarkan untuk beban tertentu hal kurva distribusinya diketahui (Gbr. 63). Karena kurva distribusi selalu memiliki bagian asimtotik, ketika menetapkan beban desain, harus diingat bahwa beban yang lebih besar dari beban desain (luas beban ini diarsir pada Gambar 63) dapat menyebabkan kerusakan pada elemen. Mengambil nilai yang lebih besar untuk beban desain dan faktor kelebihan beban mengurangi kemungkinan kerusakan dan mengurangi kerugian akibat kerusakan dan kecelakaan, namun menyebabkan peningkatan berat dan biaya struktur. Pertanyaan tentang nilai rasional faktor beban harus diputuskan dengan mempertimbangkan pertimbangan ekonomi dan persyaratan keselamatan. Biarkan kurva distribusi gaya yang dihitung diketahui untuk elemen yang ditinjau N dan kapasitas menahan beban F. Kemudian (Gbr. 64) area yang diarsir, yang dalam batas-batasnya kondisi batas (173) dilanggar, akan mencirikan kemungkinan kehancuran.

Diberikan dalam tabel. 3 faktor kelebihan beban N> 1, karena memperhitungkan kemungkinan beban aktual melebihi nilai standarnya. Jika yang berbahaya bukan kelebihannya, melainkan pengurangan beban aktual dibandingkan beban standar (misalnya beban pada konsol balok, pembongkaran bentang, dengan penampang desain dalam bentang), maka koefisien beban lebih untuk beban seperti itu harus diambil sama dengan nilai kebalikannya, yaitu . N"= 1/N< 1.

Untuk keadaan batas pertama hilangnya daya dukung beban akibat kelelahan, kondisi batasnya berbentuk

σ pr ≤ mK R,(176)

Di mana σ pr adalah tegangan berkurang, dan m K– lihat rumus (178).

Perhitungan keadaan batas kedua menurut kondisi (172) dilakukan dengan koefisien beban lebih sama dengan satu, yaitu untuk beban standar (berat beban diasumsikan sama dengan berat nominal).

Fungsi F dalam rumus (173) dapat direpresentasikan sebagai

F= Fm KR, (177)

Di mana F– faktor geometri elemen (luas, momen hambatan, dll.).

Di bawah resistensi desain R harus dipahami saat menghitung:

untuk ketahanan lelah - batas daya tahan elemen (dengan mempertimbangkan jumlah siklus perubahan beban dan koefisien konsentrasi dan asimetri siklus), dikalikan dengan koefisien keseragaman yang sesuai untuk uji kelelahan, yang mencirikan penyebaran hasil pengujian, k 0= 0,9, dan dibagi k m adalah koefisien keandalan material saat menghitung kekuatan, yang mencirikan kemungkinan mengubah sifat mekanik material ke arah reduksi, dan kemungkinan mengurangi luas penampang produk canai karena toleransi minus yang ditetapkan. sesuai standar; dalam kasus yang sesuai, pengurangan batas ketahanan awal dengan beban kasus desain kedua harus diperhitungkan;

untuk kekuatan di bawah tekanan terus-menerus R= R P /k M - hasil bagi membagi resistansi standar (kekuatan luluh standar) dengan koefisien keandalan material yang sesuai; untuk baja karbon k m = 1,05, dan untuk paduan rendah - k m = 1,1; Jadi, dalam kaitannya dengan pekerjaan suatu material, keadaan pembatasnya bukanlah hilangnya seluruh kemampuannya untuk menahan beban, tetapi timbulnya deformasi plastis besar yang mencegah penggunaan struktur lebih lanjut;

untuk stabilitas - produk dari ketahanan yang dihitung terhadap kekuatan dengan koefisien pengurangan daya dukung elemen kompresibel (φ, φ in) atau lentur (φ b).

Koefisien kondisi kerja m K tergantung pada keadaan pengoperasian elemen, yang tidak diperhitungkan dalam perhitungan dan kualitas bahan, yaitu tidak termasuk dalam upaya N, juga tidak dalam resistansi yang dihitung R.Ada tiga keadaan utama seperti itu, dan oleh karena itu kami dapat menerimanya

m K = M 1 M 2 M 3 , (178)

Di mana M 1 – koefisien yang memperhitungkan tanggung jawab elemen yang dihitung, yaitu kemungkinan akibat kehancuran; kasus-kasus berikut harus dibedakan: kehancuran tidak menyebabkan derek berhenti beroperasi, menyebabkan derek berhenti tanpa kerusakan atau dengan kerusakan pada elemen lain, dan, akhirnya, menyebabkan kehancuran derek; koefisien M 1 dapat berkisar antara 1–0,75, dalam kasus khusus (patah getas) M 1 = 0,6; M 2 – koefisien yang memperhitungkan kemungkinan kerusakan elemen struktur selama pengoperasian, pengangkutan dan pemasangan, tergantung pada jenis derek; dapat diambil T 2 = 1,0±0,8; T 3 – koefisien yang memperhitungkan ketidaksempurnaan perhitungan yang terkait dengan penentuan kekuatan eksternal atau skema desain yang tidak akurat. Itu harus dipasang untuk masing-masing jenis struktur dan elemennya. Dapat diterima untuk sistem datar yang ditentukan secara statis T 3 = 0,9, dan untuk statis tak tentu –1, untuk spasial –1.1. Untuk elemen lentur dibandingkan dengan yang mengalami tegangan-kompresi T 3 = 1,05. Dengan demikian, perhitungan keadaan batas pertama kekuatan pada tegangan konstan dilakukan sesuai dengan rumus

σ II<. mK R,(179)

dan untuk ketahanan lelah, jika transisi ke keadaan batas dilakukan dengan meningkatkan tingkat tegangan bolak-balik, menurut rumus (176), dimana resistansi yang dihitung R ditentukan oleh salah satu rumus berikut:

R= k 0 σ -1K/k m;(180)

R N= k 0 σ -1K N/k M; (181)

R*= k 0 σ -1K/k m;(182)

R*N= k 0 σ -1K N/k M; (183)

Di mana k 0 , k m - koefisien keseragaman untuk uji kelelahan dan keandalan material; σ –1K , σ –1buku , σ * –1K , σ * –1buku– batas ketahanan masing-masing tidak terbatas, terbatas, dikurangi tidak terbatas, dikurangi terbatas.

Perhitungan dengan metode tegangan ijin dilakukan berdasarkan beban yang diberikan pada Tabel 4. Semua catatan pada tabel harus diperhitungkan. 3, kecuali catatan 2.

Nilai margin keamanan diberikan dalam tabel. 5 dan bergantung pada keadaan pengoperasian bangunan yang tidak diperhitungkan dalam perhitungan, seperti: tanggung jawab, mengingat akibat kehancuran; ketidaksempurnaan perhitungan; penyimpangan dalam ukuran dan kualitas bahan.

Perhitungan menggunakan metode tegangan izin dilakukan dalam kasus di mana tidak ada nilai numerik untuk faktor beban berlebih dari beban desain untuk melakukan perhitungan menggunakan metode keadaan batas. Perhitungan kekuatan dilakukan dengan menggunakan rumus:

σ II ≤ [ σ ] = σ T/ N II, (184)

σ AKU AKU AKU ≤ [ σ ] = σ T/ N AKU AKU AKU, (185)

Di mana N II dan N III – lihat tabel. 5. Dalam hal ini, tegangan yang diijinkan untuk lentur diasumsikan 10 MPa (sekitar 5%) lebih besar dari pada tegangan tarik (untuk St3 180 MPa), dengan mempertimbangkan bahwa selama pembengkokan, hasil pertama hanya muncul pada serat terluar dan kemudian secara bertahap menyebar ke seluruh penampang elemen , meningkatkan kapasitas menahan bebannya, yaitu, selama pembengkokan, terjadi redistribusi tegangan ke seluruh bagian karena deformasi plastis.

Saat menghitung ketahanan lelah, jika transisi ke keadaan batas dilakukan dengan meningkatkan tingkat tegangan bolak-balik, salah satu kondisi berikut harus dipenuhi:

σ pr ≤ [ σ –1K ]; (186)

σ pr ≤ [ σ –1K N]; (187)

σ pr ≤ [ σ * –1K ]; (188)

σ pr ≤ [ σ * –1buku ]; (189)

Di mana σ pr - tegangan rendah; [ σ –1K ], [σ –1K N], [σ * –1K ], [σ * –1buku] – tegangan yang diijinkan, ketika menentukan ekspresi [ σ ] = σ –1K /N 1 atau serupa dengan rumus (181) – (183) sebagai gantinya σ –1K digunakan σ –1buku , σ * –1K Dan σ * –1buku. Batas keamanan N Saya sama seperti saat menghitung kekuatan statis.

Gambar 65 – Skema penghitungan margin umur kelelahan

Jika transisi ke keadaan batas dilakukan dengan meningkatkan jumlah siklus pengulangan tegangan bolak-balik, maka ketika menghitung daya tahan terbatas, margin umur kelelahan (Gbr. 65) N d = tidak/ tidak. Karena σ t dll. Np = σ t –1K Nb = σ t –1K NN,

N d = ( σ –1K N / σ dll) T = hal 1 (190)

dan di N aku = 1,4 dan KE= 4 N d ≈ 2,75, dan pada KE= 2 N d ≈ 7,55.

Dalam keadaan tegangan kompleks, hipotesis tegangan oktahedral tangensial tertinggi paling konsisten dengan data eksperimen, yang menurutnya

(191)

Dan . Kemudian margin keamanan untuk siklus simetris

yaitu P= n σ n τ /, (192)

Di mana σ -IK dan -l KE- tegangan ultimat (batas daya tahan), dan σ a dan τ A– nilai amplitudo dari siklus simetris saat ini. Jika siklusnya asimetris, maka siklus tersebut harus direduksi menjadi simetris menggunakan rumus seperti (168).

Kemajuan metode perhitungan berdasarkan keadaan batas terletak pada kenyataan bahwa ketika menghitung menggunakan metode ini, pekerjaan sebenarnya dari struktur lebih diperhitungkan; faktor kelebihan beban berbeda untuk setiap beban dan ditentukan berdasarkan studi statistik variabilitas beban. Selain itu, dengan menggunakan faktor keamanan material, sifat mekanik material dapat diperhitungkan dengan lebih baik. Sedangkan ketika menghitung dengan menggunakan metode tegangan yang diijinkan, keandalan struktur dijamin oleh faktor keamanan tunggal, ketika menghitung dengan metode keadaan batas, alih-alih menggunakan faktor keamanan tunggal, sistem tiga koefisien digunakan: keandalan berdasarkan material, kelebihan beban dan kondisi operasi, ditetapkan berdasarkan akuntansi statistik dari kondisi operasi struktur.

Dengan demikian, perhitungan berdasarkan tegangan ijin merupakan kasus khusus perhitungan berdasarkan keadaan batas pertama, ketika faktor beban lebih untuk semua beban adalah sama. Namun perlu ditegaskan bahwa metode perhitungan berdasarkan keadaan batas tidak menggunakan konsep faktor keamanan. Hal ini juga tidak digunakan dalam metode perhitungan probabilistik yang saat ini sedang dikembangkan untuk konstruksi crane. Setelah melakukan perhitungan dengan menggunakan metode limit state, maka Anda dapat menentukan nilai faktor keamanan yang dihasilkan dengan menggunakan metode tegangan ijin. Menggantikan ke dalam rumus (173) nilai-nilai N[cm. rumus (174)] dan F[cm. rumus (177)] dan beralih ke tegangan, kita memperoleh nilai faktor keamanan

n =Σ σ aku n aku k M / (M KΣ σi). (193)

Pada pergantian abad XIX-XX. Sehubungan dengan penciptaan dan masuknya jenis mesin, instalasi, dan kendaraan baru ke dalam kehidupan sehari-hari yang beroperasi di bawah beban yang berubah secara siklis dari waktu ke waktu, ternyata metode perhitungan yang ada tidak memberikan hasil yang dapat diandalkan untuk menghitung struktur tersebut. Fenomena serupa pertama kali terjadi pada angkutan kereta api, ketika terjadi sejumlah bencana terkait putusnya as roda mobil dan lokomotif uap.

Belakangan ternyata penyebab kehancurannya adalah tegangan bolak-balik yang timbul pada saat kereta bergerak akibat berputarnya poros mobil beserta rodanya. Namun, pada awalnya disarankan bahwa selama operasi jangka panjang, logam mengubah struktur kristalnya - menjadi lelah. Asumsi ini tidak dikonfirmasi, namun nama "perhitungan kelelahan" tetap dipertahankan dalam praktik teknik.

Berdasarkan hasil penelitian lebih lanjut ditemukan bahwa kegagalan fatik disebabkan oleh proses akumulasi kerusakan lokal pada material bagian tersebut dan berkembangnya retakan. Proses-proses inilah yang timbul selama pengoperasian berbagai mesin, kendaraan, peralatan mesin dan instalasi lain yang terkena getaran dan jenis beban lain yang berubah terhadap waktu yang akan dibahas lebih lanjut.

Mari kita perhatikan sampel silinder yang dipasang pada spindel di salah satu ujungnya, di ujung lainnya, ujung bebas, gaya diterapkan melalui bantalan F(Gbr. 16.1).

Beras. 16.1.

Diagram momen lentur sampel berubah menurut hukum linier, dan nilai maksimumnya sama dengan FI. Pada titik-titik penampang sampel A Dan DI DALAM tegangan maksimum terjadi dalam besaran absolut. Besarnya tegangan normal di titik A adalah

Dalam kasus rotasi sampel dengan kecepatan sudut, titik penampang mengubah posisinya relatif terhadap bidang aksi momen lentur. Selama T titik karakteristik A akan berputar melalui sudut φ = ω/ dan berakhir di posisi baru A"(Gbr. 16.2, A).

Beras. 16.2.

Tegangan pada posisi baru dari titik material yang sama akan sama dengan

Demikian pula, kita dapat mempertimbangkan titik-titik lain dan sampai pada kesimpulan bahwa ketika sampel berputar, karena perubahan posisi titik-titik, tegangan normal berubah sesuai dengan hukum kosinus (Gbr. 16.2, B).

Untuk menjelaskan proses kegagalan fatik, maka perlu ditinggalkan hipotesis mendasar tentang material, yaitu hipotesis kontinuitas dan hipotesis homogenitas. Bahan sebenarnya tidak sempurna. Biasanya, material pada awalnya mengandung cacat berupa ketidaksempurnaan kisi kristal, pori-pori, retakan mikro, dan inklusi asing, yang menyebabkan heterogenitas struktural material. Dalam kondisi pembebanan siklik, ketidakhomogenan struktural menyebabkan ketidakhomogenan medan tegangan. Di tempat-tempat terlemah dari bagian tersebut, retakan mikro muncul, yang, di bawah pengaruh tekanan yang berubah-ubah dari waktu ke waktu, mulai tumbuh, bergabung, berubah menjadi celah utama. Begitu sampai di zona tarik, retakan terbuka, dan sebaliknya di zona kompresi, retak menutup.

Daerah kecil tempat munculnya retakan pertama dan tempat permulaan perkembangannya disebut fokus kegagalan kelelahan. Area seperti itu biasanya terletak di dekat permukaan bagian-bagiannya, namun ada kemungkinan akan muncul jauh di dalam material jika ada kerusakan di sana. Tidak menutup kemungkinan adanya beberapa daerah secara bersamaan, sehingga pemusnahan suatu bagian dapat dimulai dari beberapa pusat yang saling bersaing. Akibat berkembangnya retakan, bagian tersebut melemah hingga terjadi kerusakan. Setelah keruntuhan, zona terjadinya retakan lelah relatif mudah dikenali. Pada penampang bagian yang rusak akibat kelelahan, terdapat dua area yang sangat berbeda (Gbr. 16.3).

Beras. 16.3.

1 - area pertumbuhan retakan; 2 - area patah getas

Wilayah 1 ditandai dengan permukaan yang mengkilat dan halus serta berhubungan dengan awal proses penghancuran yang terjadi pada material dengan kecepatan yang relatif rendah. Pada tahap akhir proses, ketika bagian tersebut cukup melemah, terjadi penghancuran bagian yang cepat seperti longsoran salju. Etana terakhir pada Gambar. 16.3 sesuai dengan luas 2, yang ditandai dengan permukaan yang kasar dan kasar karena kerusakan akhir yang cepat pada bagian tersebut.

Perlu dicatat bahwa studi teoretis tentang kekuatan lelah logam dikaitkan dengan kesulitan yang signifikan karena kompleksitas dan sifat multifaktorial dari fenomena ini. Untuk alasan ini, alat yang paling penting adalah pendekatan fenomenologis. Sebagian besar rumus untuk menghitung bagian kelelahan diperoleh dari hasil eksperimen.

Tegangan variabel pada bagian-bagian mesin berbeda dalam jenis siklus dan sifat perubahan siklus seiring waktu. Siklus tegangan adalah sekumpulan nilai tegangan yang berurutan selama satu periode perubahannya di bawah pembebanan teratur. Gambar 4.2 menunjukkan berbagai jenis siklus tegangan bolak-balik, yang dicirikan oleh parameter berikut:

tegangan siklus rata-rata, menyatakan komponen konstan (positif atau negatif) dari siklus tegangan:

amplitudo tegangan siklus, yang menyatakan nilai positif terbesar dari komponen variabel siklus tegangan:

dimana σ m ax dan σ min adalah tegangan siklus maksimum dan minimum, sesuai dengan tegangan siklus tertinggi dan terendah.

Rasio tegangan siklus minimum ke maksimum disebut koefisien asimetri siklus tegangan:

Simetris Suatu siklus disebut ketika tegangan maksimum dan minimum memiliki nilai absolut yang sama dan berlawanan tanda. Siklus simetris bersifat bolak-balik dan memiliki parameter sebagai berikut: σ A= σ m ах = σ menit ; σ T= 0; R = - 1. Contoh paling umum dari siklus tegangan simetris adalah pembengkokan poros yang berputar (rotational bending). Batas ketahanan yang sesuai dengan siklus simetris memiliki indeks “-1” (σ -1; τ -1).

Asimetris disebut siklus dimana tegangan maksimum dan minimum mempunyai nilai mutlak yang berbeda. Untuk siklus tegangan asimetris σ max = σ m + σ A; σ menit = σ m - σ A; R ≠ - 1 Siklus tegangan asimetris tergolong bolak-balik jika tegangan-tegangan tersebut berubah nilai dan tandanya. Siklus tegangan yang hanya berubah nilai absolutnya disebut tanda konstan. Batas ketahanan yang sesuai dengan siklus asimetris ditunjukkan dengan indeks “R” (σ R; τ R).

Siklus asimetris yang khas adalah siklus tegangan nol-nol, yang mencakup siklus tegangan dengan tanda konstan yang berubah selama tegangan dari nol ke maksimum (σ min = 0) atau selama kompresi - dari nol ke minimum (σ max = 0). Selama tegangan, siklus tegangan nol dicirikan oleh parameter berikut: σ m =σ A= σ maks /2; R = 0. Batas ketahanan siklus nol ditunjukkan dengan indeks “0” (σ 0; τ 0). Siklus tegangan nol terjadi pada gigi roda gigi dan sproket rantai, yang selama pengoperasian diberi beban saat memasuki pengikatan dan dilepaskan sepenuhnya saat keluar.

DENGAN Ketahanan terhadap kelelahan tidak hanya bergantung pada jenis siklus stres yang terjadi, namun juga pada sifat perubahan stres seiring berjalannya waktu. Dengan pembebanan stasioner, nilai amplitudo dan tegangan rata-rata siklus tetap tidak berubah seiring waktu. Mesin dan peralatan pengeboran, sebagaimana telah disebutkan, terutama beroperasi pada pembebanan yang tidak stabil.

Amplitudo dan tegangan rata-rata dari siklus dapat berubah secara bertahap atau terus menerus (Gbr. 4.3).

Karakteristik kuantitatif ketahanan material terhadap tegangan bolak-balik ditentukan dengan pengujian kelelahan 15-20 sampel identik dengan diameter 7-10 mm, memiliki permukaan yang dipoles. Pengujian dilakukan pada level tegangan yang berbeda. Berdasarkan hasil yang diperoleh, dibuat grafik kurva kelelahan (Gbr. 4.4a). Sumbu ordinat dari grafik menunjukkan tegangan maksimum atau amplitudo tegangan dari siklus di mana sampel tertentu diuji, dan sumbu absis menunjukkan jumlah siklus N perubahan tegangan yang dapat ditahan sampel sebelum kegagalan. Kurva yang dihasilkan mencirikan hubungan antara tegangan dan ketahanan siklik sampel identik pada tegangan siklus rata-rata konstan atau koefisien asimetri siklus.

Untuk sebagian besar baja, ketika diuji di udara, kurva kelelahan, dimulai dari jumlah siklus N = 10 6 10 7, menjadi horizontal dan sampel yang telah bertahan dalam jumlah siklus yang ditentukan tidak gagal dengan peningkatan lebih lanjut yang hampir tidak terbatas pada baja. jumlah siklus pemuatan. Oleh karena itu, pengujian baja dihentikan ketika 10 juta siklus tercapai, yang merupakan dasar pengujian N b. Nilai absolut maksimum dari tegangan siklus, dimana kegagalan kelelahan belum terjadi pada dasar pengujian, disebut batas ketahanan. Untuk penilaian batas ketahanan yang andal, jumlah sampel yang tidak retak pada tingkat tegangan bolak-balik tertentu harus minimal enam.

N Yang paling sederhana dan karena itu lebih umum adalah uji kelelahan di bawah siklus tegangan simetris (pembengkokan melingkar).

Uji kelelahan pada siklus tegangan asimetris dilakukan pada mesin uji khusus. Kurva kelelahan diplot dalam koordinat logaritmik

(Gbr. 4.4, b) merupakan garis lurus miring dan mendatar. Untuk perhitungan kekuatan, bagian miring kiri dari kurva kelelahan direpresentasikan dalam bentuk

dimana σ adalah tegangan efektif; T- indikator kemiringan kurva kelelahan; N adalah jumlah siklus tegangan yang dipertahankan hingga kegagalan lelah (daya tahan siklik); σ -1 - batas daya tahan; N 0 adalah jumlah siklus yang sesuai dengan titik putus kurva kelelahan, yang diwakili oleh dua garis lurus.

Nilai N 0 dalam banyak kasus berfluktuasi dalam 10 6 -3∙10 6 siklus. Dalam perhitungan kekuatan pada tegangan variabel, bila tidak ada data uji kelelahan, rata-rata N=2∙10 6 siklus dapat diambil.

Indikator kemiringan kurva kelelahan

untuk bagian bervariasi dari 3 hingga 20, dan dengan peningkatan koefisien konsentrasi tegangan efektif, ada kecenderungan penurunan T. Itu bisa diperkirakan

Di mana Dengan=12 - untuk sambungan las; Dengan= 12±20 - untuk bagian yang terbuat dari baja karbon; Dengan= 20±30 - untuk bagian yang terbuat dari baja paduan.

Tabel 4.4

Dari persamaan kurva kelelahan, ketahanan siklik N ditentukan di bawah aksi tegangan σ melebihi batas kelelahan σ -1

Nilai batas kelelahan yang diperoleh dari pengujian kelelahan diberikan dalam buku referensi bahan teknik. Hubungan antara batas kekuatan dan daya tahan, yang ditetapkan berdasarkan data statistik, disajikan dalam tabel. 4.5.

Tabel 4.5

Jenis pemuatan	Baja bergulir dan menempa	Pengecoran baja
	σ -1 = 0,47σ inci	σ -1 = 0,38 σ masuk
Ketegangan-kompresi	σ -1 p = 0,35σ masuk	σ -1 = 0,28 σ masuk
torsi	τ -1 = 0,27 σ masuk	τ -1 = 0,22σ inci

Batas ketahanan suku cadang lebih rendah dari batas ketahanan sampel laboratorium standar yang digunakan dalam pengujian kelelahan bahan teknik. Penurunan batas ketahanan ini disebabkan oleh pengaruh konsentrasi tegangan, serta dimensi absolut penampang dan kondisi permukaan bagian-bagiannya. Nilai batas kelelahan bagian ditentukan dengan pengujian skala penuh atau dengan perhitungan referensi dan data eksperimen yang menetapkan pengaruh faktor-faktor ini terhadap ketahanan lelah bagian.

Pengujian skala penuh biasanya digunakan untuk menentukan batas ketahanan produk standar yang banyak digunakan serta komponen dan suku cadang individual yang paling penting. Dengan demikian, berdasarkan pengujian skala penuh, batas ketahanan pipa bor, rantai bushing-roller rig pengeboran, tali perjalanan, bantalan dan beberapa produk standar lainnya yang digunakan dalam mesin dan peralatan pengeboran telah ditetapkan. Karena kompleksitas uji kelelahan skala penuh, dalam perhitungan kekuatan praktis, data perhitungan dan eksperimen sebagian besar digunakan, yang atas dasar itu batas kelelahan suatu bagian ditentukan dari ekspresi

dimana σ -1д adalah batas kelelahan bagian tersebut; σ -1 - batas ketahanan sampel laboratorium standar dari bahan bagian; K - koefisien pengurangan batas daya tahan:

Di sini K σ adalah koefisien konsentrasi tegangan efektif; K F - koefisien pengaruh kekasaran permukaan; K d - koefisien pengaruh dimensi penampang absolut: K υ - koefisien pengaruh pengerasan permukaan.

Nilai koefisien konsentrasi tegangan efektif dan koefisien pengaruh pengerasan permukaan yang diperoleh dari data perhitungan dan eksperimen diberikan dalam Tabel. 4.1 dan 4.2.

Koefisien pengaruh dimensi penampang absolut ditentukan oleh perbandingan batas ketahanan sampel halus berdiameter d dengan batas ketahanan sampel laboratorium halus berdiameter 7-10 mm:

dimana σ -1 d adalah batas ketahanan sampel halus (bagian) dengan diameter d; σ -1 adalah batas ketahanan material, ditentukan pada sampel halus standar dengan diameter 7-10 mm.

Data eksperimen menunjukkan bahwa dengan bertambahnya dimensi transversal, batas kelelahan suatu bagian menurun. Hal ini dijelaskan oleh teori statistik kegagalan kelelahan, yang menyatakan bahwa, seiring bertambahnya ukuran, kemungkinan adanya cacat internal pada bagian-bagian di area dengan peningkatan tegangan meningkat - efek skala. Manifestasi efek skala difasilitasi oleh penurunan homogenitas material, serta sulitnya mengendalikan dan memastikan stabilitas proses pembuatan sebagian besar. Efek skala terutama bergantung pada dimensi melintang dan, pada tingkat lebih rendah, pada panjang bagian.

DI DALAM bagian cor dan bahan dengan inklusi non-logam, pori-pori dan cacat internal dan eksternal lainnya, efek kerak lebih terasa. Baja paduan lebih sensitif terhadap cacat internal dan eksternal, dan oleh karena itu pengaruh dimensi absolut lebih signifikan bagi baja tersebut dibandingkan baja karbon. Dalam perhitungan kekuatan, nilai koefisien pengaruh dimensi absolut penampang dipilih sesuai dengan grafik (Gbr. 4.5).

Kekasaran permukaan, kerak dan korosi secara signifikan mempengaruhi ketahanan lelah. Pada Gambar. Gambar 4.6 menunjukkan grafik eksperimen yang mengkarakterisasi perubahan batas ketahanan bagian dengan kualitas pemrosesan dan kondisi permukaan yang berbeda. Koefisien pengaruh kekasaran ditentukan oleh perbandingan batas ketahanan sampel halus dengan permukaan tidak lebih kasar dari R A= 0,32 menurut GOST 2789-73 hingga batas ketahanan sampel dengan kekasaran permukaan tertentu:

dimana σ -1 adalah batas ketahanan sampel yang dipoles dengan hati-hati; σ -1п adalah batas ketahanan sampel dengan kekasaran permukaan tertentu.

Misalnya diketahui bahwa pada saat penggerindaan kasar, batas ketahanan suatu bagian baja dengan kuat tarik 1500 MPa sama dengan baja dengan kuat tarik 750 MPa. Pengaruh kondisi permukaan suatu bagian terhadap ketahanan lelah disebabkan oleh tingginya tingkat tegangan lentur dan torsi pada zona luar bagian tersebut dan melemahnya lapisan permukaan akibat kekasarannya dan rusaknya butiran kristal selama pemotongan.

P Rumus serupa menentukan batas daya tahan bagian-bagian di bawah pengaruh tekanan tangensial.

Kondisi kekuatan untuk siklus simetris tegangan bolak-balik berbentuk:

dalam tekanan normal

di bawah aksi tekanan tangensial

Di mana P σ , Pτ - faktor keamanan untuk tegangan normal dan tangensial; σ -1d, τ -1d - batas daya tahan bagian; σ a, τ a - amplitudo tegangan bolak-balik; [ P σ ], [ Pτ ] - nilai minimum yang diizinkan dari faktor keamanan untuk tegangan normal dan tangensial.

Dalam keadaan tegangan biaksial yang terjadi pada kasus lentur dan torsi secara simultan atau tegangan-kompresi dan torsi, faktor keamanan pada penampang desain ditentukan dari persamaan

M Nilai minimum yang diperbolehkan dari faktor keamanan tergantung pada keakuratan pemilihan beban desain dan kelengkapan memperhitungkan faktor desain, teknologi dan operasional yang mempengaruhi batas kelelahan bagian tersebut. Dalam perhitungan ketahanan mesin dan peralatan bor, nilai margin keselamatan minimum yang diperbolehkan diatur oleh standar industri yang ditentukan dalam Tabel. aplikasi 2P. Dengan tidak adanya standar industri, margin keamanan yang dapat diterima [n] = 1,3 1,5 dapat diterima.

Di bawah aksi siklus asimetris, bagian-bagian dihitung kekuatannya berdasarkan diagram tegangan batas siklus (Gbr. 4.7), yang mencirikan hubungan antara tegangan batas dan tegangan siklus rata-rata untuk daya tahan tertentu. Diagram dibuat berdasarkan nilai eksperimen batas ketahanan yang diperoleh untuk berbagai tegangan siklus rata-rata. Hal ini memerlukan pengujian yang lama sesuai dengan program khusus. Dalam perhitungan praktis, diagram skema tegangan pembatas yang lebih sederhana digunakan, yang dibangun berdasarkan nilai eksperimental batas ketahanan siklus simetris dan nol serta kekuatan luluh material yang dipilih.

Pada diagram batas tegangan, titik A (0, σ -1) berhubungan dengan batas ketahanan siklus simetris, titik B (σ 0 /2; σ 0) berhubungan dengan batas ketahanan siklus tegangan nol. Garis lurus yang melalui titik-titik ini menentukan tegangan pembatas maksimum, siklus, tergantung pada tegangan rata-rata. Tegangan di bawah level ABC tidak menyebabkan kerusakan dengan jumlah siklus N 0 yang sesuai dengan basis uji. Titik-titik yang terletak di atas garis lurus ABC mencirikan siklus tegangan di mana kegagalan terjadi dengan sejumlah siklus N

Lurus ABC, yang bagian atasnya dibatasi oleh kekuatan luluh σ t, yaitu ketahanan terhadap deformasi plastis, disebut garis tegangan pembatas. Dinyatakan dengan persamaan garis lurus yang melalui dua titik A dan B dengan koordinat (0, σ -1) dan (σ 0 /2; σ 0):

Setelah dilambangkan kita dapatkan

Di bawah pengaruh tegangan tangensial, rumus (25) akan berbentuk

Koefisien φ σ dan φ τ mencirikan sensitivitas material terhadap asimetri siklus tegangan, masing-masing, di bawah pengaruh tegangan normal dan tangensial (diambil dari literatur teknis). Jika pada diagram kita menggambar garis lurus dari titik asal koordinat dengan sudut 45° (garis bagi sudut koordinat), maka ruas OB" == BB" - BB" akan sesuai dengan tegangan rata-rata, dan segmen BB" akan sesuai dengan amplitudo maksimum siklus

di mana σ A- membatasi amplitudo siklus, yaitu amplitudo tegangan yang sesuai dengan batas daya tahan pada tegangan rata-rata siklus tertentu.

Dengan meningkatnya tegangan siklus rata-rata σ T batas ketahanan σ T kapak meningkat, dan amplitudo pembatas siklus σ A berkurang. Derajat reduksinya bergantung pada sensitivitas material terhadap asimetri siklus, yang ditandai dengan koefisien φ σ.

Tabel 4.6

Jenis deformasi	Kekuatan tarik σ B, anggota parlemen a
Jenis deformasi
Membungkuk dan meregangkan (φ σ)
Torsi (φ τ)

Siklus yang mempunyai koefisien asimetri yang sama disebut serupa dan ditunjukkan pada diagram tegangan batas dengan titik-titik yang terletak pada sinar yang sama yang ditarik pada sudut yang bersesuaian. Hal ini terlihat dari rumusnya

Telah ditetapkan secara eksperimental bahwa rasio amplitudo pembatas sampel halus dan sampel dengan konsentrasi tegangan tidak bergantung pada tegangan siklus rata-rata. Berdasarkan hal ini, koefisien konsentrasi tegangan diasumsikan sama untuk siklus simetris dan asimetris, dan amplitudo tegangan longitudinal suatu bagian ditentukan oleh rumus

M batas tegangan maksimum siklus asimetris

Diagram batas tegangan bagian yang ditunjukkan pada Gambar. 4.8 digunakan untuk menentukan margin keamanan. Biarkan tegangan (σ max, σ A , σ M) bekerja pada bagian di titik M. Jika beban lebih yang diharapkan sesuai dengan kondisi pembebanan sederhana, yaitu terjadi pada derajat asimetri konstan (R = const), maka tegangan pembatas untuk siklus yang dipertimbangkan akan berada di titik N dan faktor keamanan

Sebagai hasil dari penyelesaian bersama persamaan garis tegangan batas AC dan ON, ordinat titik N dan margin keamanan di bawah aksi tegangan normal ditentukan

(29)

Demikian pula di bawah pengaruh tekanan tangensial

Jika pada saat kelebihan beban tegangan rata-rata tidak berubah (σ M= const), dan amplitudo meningkat, yaitu tegangan operasi meningkat sepanjang garis lurus M " P, maka faktor keamanannya

Bagian-bagian mesin bor biasanya beroperasi dalam kondisi pembebanan sederhana, dan faktor keamanan harus dihitung menggunakan rumus (29) dan (30). Di bawah aksi gabungan tegangan normal dan tangensial, faktor keamanan ditentukan oleh rumus (24).

R Perhitungan ketahanan pada pembebanan tidak tunak didasarkan pada asumsi berikut. Misalkan beban P 1, P 2,..., P Saya(atau tegangan σ 1, σ 2, ….σ Saya) bertindak sesuai selama N 1 ....N 3 ....N Saya siklus pemuatan (Gbr. 9). Rasio jumlah siklus sebenarnya N Saya aksi beberapa tegangan σ Saya- dengan jumlah siklus N J di mana sampel dihancurkan di bawah pengaruh tegangan yang sama σ Saya disebut relasi siklik.

Menurut hipotesis penjumlahan kerusakan akibat kelelahan, pengaruh setiap kelompok beban tidak bergantung pada urutan pergantiannya, dan rasio siklik beban lebih yang sama dengan besaran berbeda menyebabkan derajat yang sama.

kerusakan kelelahan.

Dengan asumsi akumulasi linier kerusakan akibat kelelahan

Di mana A- Koefisien yang ditetapkan secara eksperimental, diambil (sebagai cadangan) sama dengan satu.

Dengan notasi yang diterima, persamaan kurva daya tahan adalah 1 (Gbr. 9) terlihat seperti:

dimana σ R adalah batas ketahanan jumlah siklus dasar N 0.

Berdasarkan asumsi yang dibuat, beban tak tunak digantikan oleh beban stasioner ekivalen, yang pengaruhnya setara dengan beban tak tunak sebenarnya. Dalam prakteknya, berbagai pilihan digunakan untuk mengurangi pembebanan tidak tunak menjadi beban stasioner yang setara.

Salah satu beban yang ada P Saya(biasanya P max) atau tegangan σ yang ditimbulkannya Saya(σ max) diambil sebagai konstanta yang berlaku selama apa yang disebut jumlah siklus ekuivalen N 3 yang sesuai dengan tingkat beban. Kemudian, dengan mengambil, misalnya, tegangan sama dengan σ max, berdasarkan rumus (32) dan (33) kita peroleh ( A = 1)

(35)

di mana adalah koefisien mode beban.

Dari rumus (35) dapat disimpulkan bahwa dengan jumlah siklus ekuivalen N e

Dalam versi reduksi lain, pembebanan tidak tunak digantikan oleh mode dengan tingkat beban ekuivalen konstan e (σ e), yang beroperasi selama masa pakai tertentu, ditentukan oleh jumlah total siklus ΣN Saya atau angka N 0 yang sesuai dengan titik belok kurva ketahanan. Menurut Ini

dari mana rumus diturunkan dalam bentuk berikut yang nyaman untuk perhitungan:

(37)

di mana adalah koefisien kesetaraan.

Untuk menghitung koefisien ekivalensi, digunakan data statistik tentang besarnya beban yang terjadi pada bagian tersebut selama operasi dan jumlah siklus pengulangannya selama satu blok pemuatan yang sesuai dengan pengeboran satu sumur standar. Dalam prakteknya, nilai koefisien ekivalensi bervariasi dalam kisaran 0,5 ≤ K 0e ≤ 1.

Jika dihitung dengan menggunakan tegangan tangensial, nilai koefisien ekivalen K 0e ditentukan oleh rumus (36), dimana tegangan normal digantikan oleh tegangan tangensial yang disebabkan oleh torsi yang ditransmisikan.

Margin keamanan pada pembebanan tidak tetap ditentukan dengan rumus:

untuk siklus tegangan bolak-balik simetris

untuk siklus tegangan bolak-balik asimetris

Perlu dicatat bahwa nilai koefisien ekuivalen bergantung pada penetrasi per bit, kecepatan pengeboran mekanis dan indikator lain yang menentukan beban dan pergantian mesin dan peralatan pengeboran. Ketika penetrasi per bit meningkat, beban pada mekanisme pengangkatan berkurang. Pompa lumpur dan rotor juga terkena dampak serupa oleh peningkatan kecepatan pengeboran. Hal ini menunjukkan perlunya memperjelas koefisien ekivalensi untuk perubahan signifikan dalam kinerja pengeboran.

Penentuan data awal untuk perhitungan daya tahan elemen transmisi . Saat menghitung daya tahan, hukum akumulasi kerusakan linier digunakan ketika elemen transmisi berulang kali terkena amplitudo pada tingkat yang berbeda.

Penentuan data desain awal direduksi menjadi perhitungan beban ekivalen berupa hasil kali beban utama yang diperhitungkan dengan faktor ketahanan.

Beban ekivalen adalah beban yang aksinya, dalam hal akumulasi kerusakan, setara dengan aksi beban nyata.

Metode untuk menentukan beban ekivalen elemen transmisi didasarkan pada prinsip dasar berikut.

1. Beban operasional transmisi ditentukan oleh nilai rata-rata
dan koefisien variasi ay torsi, distribusi statistik amplitudonya dapat dianggap normal terpotong.

2. Sebagai beban sedang
torsi diterima di sirkuit daya ke organ, sesuai dengan penerapan torsi yang stabil M kamu mesin.

3. Beban dinamis untuk transmisi organ yang paling banyak dibebani, diperkirakan dengan koefisien variasi, dianggap dapat diterima ay≤ 0,6. Untuk nilai v ≥ 0.6, tindakan harus diambil untuk menguranginya, misalnya menggunakan alat peredam, dll.

Nilai numerik koefisien variasi ay dapat ditentukan dari ketergantungan yang dihitung, atau dari hasil eksperimen komputasi, atau dari studi eksperimental mesin analog.

Inilah torsi kerja panjang maksimum; - amplitudo torsi jangka panjang maksimum; R dl - beban jangka panjang maksimum pada bantalan, ditentukan oleh M dl.

Nilai koefisien daya tahan ditentukan oleh ketergantungan.

1. Untuk menghitung daya tahan gigi roda:

kontak

lentur untuk bagian dengan kekerasan permukaan HB > 350

lentur untuk bagian dengan kekerasan permukaan HB< 350

2. Untuk menghitung poros:

untuk ketahanan lentur

untuk kekuatan kelelahan torsional

3. Untuk menghitung ketahanan bantalan bola dan bantalan rol:

Berikut perkiraan jumlah siklus beban elemen transmisi; P - kecepatan putaran bagian, rpm; T R - perkiraan waktu pengoperasian suku cadang, jam (biasanya 5000 jam); N o - jumlah dasar siklus pemuatan, diterima sesuai dengan rekomendasi (lihat di atas)

Koefisien kesetaraan yang sesuai diambil tergantung pada ay.

Saat menghitung ketahanan gigi roda menurut GOST 21354-87, saat menentukan tegangan desain, beban diambil sebagai M dl, dan saat menentukan:

Selama pengoperasian, banyak bagian mesin mengalami tekanan yang bervariasi terhadap waktu (biasanya siklik): bagian mekanisme engkol, gandar kendaraan, poros girboks, dll. Pengalaman menunjukkan bahwa pada tekanan yang bervariasi, setelah sejumlah siklus tertentu, kehancuran suatu bagian dapat terjadi, sedangkan pada tekanan yang sama, konstan dari waktu ke waktu, kehancuran tidak terjadi. Contohnya adalah kawat. Jumlah siklus sebelum kegagalan bergantung pada material dan amplitudo tegangan dan sangat bervariasi. Penghancuran suatu material akibat pengaruh tegangan bolak-balik disebut kelelahan.

Jelaskan mekanisme kehancurannya! Sifatnya bersifat lokal. Akumulasi kerusakan akibat kelelahan menyebabkan terbentuknya retakan makro. Kegagalan disebabkan oleh berkembangnya retakan lelah.

Yang paling umum dan paling berbahaya bagi suatu material adalah hukum harmonik perubahan tegangan. Siklus stres dicirikan oleh parameter berikut:

Tekanan siklus maksimum dan minimum;

Tegangan siklus rata-rata

Amplitudo siklus: ;

Koefisien asimetri siklus:

Gambar 1. Karakteristik siklus stres

Siklus seperti ini disebut simetris.

Siklus ini disebut berdenyut.

Semua istilah dan definisi juga berlaku untuk tegangan tangensial variabel, jika diganti dengan.

Batas daya tahan

Untuk menghitung kekuatan pada tegangan variabel, perlu diketahui karakteristik mekanik bahan, yang ditentukan melalui pengujian khusus. Ambil batang halus yang dipoles dengan penampang bulat dan panjang. Itu mengalami siklus simetris pada amplitudo yang berbeda. Berikan diagram mesin pengujian dan metodologi pengujian. Sampel dibawa ke kehancuran dan jumlah siklus sampai kehancuran ditentukan. Kurva yang dihasilkan disebut kurva kelelahan atau kurva Wöhler. (Gambar 2).

Gambar 2. Kurva kelelahan

Kurva ini luar biasa karena, mulai dari tegangan tertentu, kurva ini bergerak hampir horizontal. Ini berarti bahwa pada tegangan kurang dari tegangan batas tertentu, sampel dapat menahan siklus yang tak terhitung jumlahnya.

Tegangan bolak-balik maksimum yang dapat ditahan suatu bahan tanpa kerusakan, untuk sejumlah siklus tertentu, disebut batas ketahanan dan dinyatakan.

Eksperimen biasanya dilakukan hingga sejumlah siklus dasar. Diterima untuk baja karbon, untuk baja keras dan logam non-besi. Ketergantungan empiris telah ditetapkan secara eksperimental:

Faktor-faktor yang mempengaruhi batas daya tahan

Batas ketahanan suatu suku cadang tidak hanya bergantung pada sifat materialnya, tetapi juga pada bentuk, ukuran, dan metode pembuatannya.

Pengaruh konsentrasi stres.

Di tempat-tempat di mana terjadi perubahan tajam pada dimensi bagian PS (lubang, ceruk, fillet, alur pasak, ulir), seperti diketahui, terjadi peningkatan tegangan lokal. Fenomena ini disebut konsentrasi stres. Ini mengurangi detail dibandingkan dengan sampel. Pengurangan ini diperhitungkan oleh faktor konsentrasi tegangan efektif, yang ditentukan secara eksperimental. Ini sama dengan rasio batas ketahanan sampel halus terhadap sampel dengan penambah tegangan tertentu.

Nilai-nilai diberikan dalam buku referensi.

Pengaruh ukuran bagian.

Telah ditetapkan secara eksperimental bahwa dengan bertambahnya ukuran sampel, jumlah itu berkurang. Pengaruh dimensi sampel diperhitungkan oleh faktor skala, yang ditentukan secara eksperimental dan sama dengan rasio

Biasanya mereka mengambilnya. Mereka diberikan dalam buku referensi.

Pengaruh kondisi permukaan bagian tersebut.

Adanya goresan, lecet, dan penyimpangan pada permukaan part menyebabkan penurunan batas ketahanan part tersebut. Kondisi permukaan suatu part tergantung pada jenis pemesinannya. Pengaruh kondisi permukaan terhadap ukuran suatu bagian diperhitungkan dengan koefisien yang ditentukan secara eksperimental dan sama dengan:

Koefisien ini diberikan dalam buku referensi.

Semua faktor di atas dapat diperhitungkan sebagai salah satu faktor perubahan batas daya tahan.

Kemudian batas ketahanan bagian tersebut

Jika kita menguji sampel standar dari bahan yang diteliti dalam kondisi siklus tegangan asimetris, kita akan memperoleh diagram tegangan batas yang ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Diagram tegangan ultimat

Jelaskan metodologi pengujian dan konstruksi diagram.

Diagram ini memungkinkan Anda menilai kedekatan kondisi pengoperasian dengan kondisi pembatas. Untuk melakukan ini, titik operasi (B) dengan koordinat diplot pada diagram

dimana dan adalah nilai perhitungan tegangan rata-rata dan tegangan puncak pada bagian tersebut. Di sini amplitudo tegangan ditingkatkan dengan mempertimbangkan pengurangan batas kelelahan bagian tersebut. Tingkat kedekatan titik operasi dengan kurva batas digunakan untuk menilai bahaya kondisi operasi. Jika titik operasi berada di luar diagram, maka kegagalan fatik pasti akan terjadi.

Membuat diagram ini membutuhkan banyak waktu dan sumber daya material. Oleh karena itu, diagram sebenarnya dibuat skema dengan CD langsung. maka diagram ini dapat dibuat tanpa eksperimen.