Ответственности элементов энергетического оборудования

Временным пределом прочности называют напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, при которой испытываемый образец переходит в зону пластической деформации, металл «течет» и происходит разрыв. Поэтому это предельное напряжение называется также временным сопротивлением – s_в.

Выбор допускаемых напряжений производится с учетом коэффициентов запаса прочности, которые по своему определению всегда и при любых обстоятельствах должны быть больше единицы.

Допускаемые напряжения выбирают в зависимости от предельных физических напряжений из формул (3.4), рассмотренных в лекции № 3:

где σ _пред; τ _пред, н/мм² – предельные нормальные и тангенциальные напряжения по сортаменту металла;

[ п ] – требуемый коэффициент запаса прочности.

За предельные напряжения при постоянных нагрузках принимается одна из характеристик:

σ _Т или τ _Т – предел текучести (для вязких металлов – сталь);

σ _В – временной предел прочности (для хрупких металлов – чугун).

При переменных нагрузках за предельные напряжения принимаются характеристики усталости металла:

σ _{- 1} ; τ _{- 1}– предел усталости.

При выборе предельных напряжений с учетом марок сталей и видов нагружения можно воспользоваться рекомендациями:

σ _{Т изгиб} = 1, 1· σ _Т – для легированных сталей;

σ _{Т изгиб} = 1, 2· σ _Т – для углеродистых сталей;

τ _Т = 0, 6 · σ _Т – для любых сталей;

σ _{- 1 раст} = 0, 35 · σ _В;

σ _{-1 изгиб} = (0, 40 ÷ 0, 45) · σ _В;

τ _{- 1}= 0, 25 · σ _В – кручение.

При действии переменных напряжений с амплитудой цикла (σ _а) и (τ _а) расчетные коэффициенты запаса прочности определяют по формулам:

– для случая нормальных напряжений (изгиб, растяжение – сжатие)

(8.1)

– для случая касательных напряжений (кручение, срез)

(8.2)

При совместном действии переменных нормальных и касательных напряжений, например, при изгибе с кручением, общий коэффициент запаса прочности определяют по формуле:

(8.3)

где n_σ и n_τ – коэффициенты, определенные по формулам (8.1), (8.2).

Выбор коэффициентов запаса прочности в энергетике осуществляется на основе опыта проектирования и эксплуатации теплосилового оборудования. В ряде случаев приходится снижать коэффициент запаса прочности в целях уменьшения веса конструкции, а иногда – увеличивать, если требуется учитывать повышенный коррозионный и температурный износ.

Величина нормативных коэффициентов запаса прочности зависит также от класса конструкции, намечаемого срока ее эксплуатации, вида нагрузки (статическая, циклическая и т.д.).

Суммарный требуемый коэффициент запаса прочности принято определять как произведение трех частных допускаемых коэффициентов запаса:

[ п ] = [ п ₁] · [ п ₂] · [ п ₃], (8.4)

где [ п ₁] = 1, 3 ÷ 3, 0 – коэффициент, отражающий влияние точности определения действующих на деталь нагрузок, достаточность или недостаточность данных по учету концентрации напряжений. Если необходимо повысить жесткость детали, то [ п ₁] может принимать бó льшие значения;

[ п ₂] = 1, 2 ÷ 2, 5 – коэффициент, учитывающий однородность материала, его пластичность, чувствительность к недостаткам механической обработки, нарушения технологии изготовления;

[ п ₃] = 1 ÷ 2 – коэффициент, который вводится для обеспечения дополнительного запаса прочности, обусловленного ответственностью детали или влиянием большей усталостной долговечности.

Для коэффициента способа получения изделия [ п ₂] можно принять следующие рекомендации:

а) = 1, 2 ¸ 1, 5 – поковка;

б) = 1, 5 ¸ 1, 8 – стальное литье;

в) = 1, 5 ¸ 2, 5 – чугунное литье.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная литература

1. Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды / В. С. Котельников, Н. А. Хапонен, А. А. Шельпяков (Госгортехнадзор России). – М.: АООТ «НПО ЦКТИ», 1999. – 227 с.

2. Александров, А. В., Потапов, В. Д., Державин, Б. П. Сопротивление материалов: Учеб. для вузов. – М.: Высшая школа, 2000. – 560 с.

3. Детали машин: Учебник для вузов / Л. А. Андриенко, Б. А. Байков, И. К. Ганулич и др.; Под ред. О. А. Ряховского. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. – 544 с.

Список дополнительной литературы

1.Хисматулин Е. Р. Сосуды и трубопроводы высокого давления: Справочник / Е. Р. Хисматулин – М.: Машиностроение, 1990.– 384 с.

2. Воронин, А. И., Стоянов, Н. И. Методические указания и задания на курсовую работу по дисциплине: «Специальные вопросы расчетов на прочность» для студентов специальности 29.07.00. – Ставрополь: СевКавГТУ, 2001. – 23 с.

3. Анурьев, В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. М.: Машиностроение, 1999. – Т 1. – 912 с.; Т 2. – 880 с.; Т 3. – 848 с.