ВВЕДЕНИЕ

Конструкторы при выборе материала для какой-либо конструкции или изделия не могут учитывать только один или два каких-либо критерия, характеризующие свойства материала, им необходимо знать его конструктивную прочность.

Конструктивная прочность - это определенный комплекс механических свойств, обеспечивающий длительную и надежную работу материала в условиях его эксплуатации. Конструктивная прочность - это прочность материала конструкции с учетом конструкционных, металлургических, технологических и эксплуатационных факторов, т. е. это комплексное понятие. Считается, что как минимум нужно учитывать четыре критерия: жесткость конструкции, прочность материала, надежность и долговечность материала в условиях работы данной конструкции.

Жесткость конструкции. Для многих силовых элементов конструкций - шпангоутов, стрингеров, плоских пластинок, цилиндрических оболочек и т, п. - условием, определяющим их работоспособность, является местная или общая жесткость (устойчивость), определяемая их конструктивной формой, схемой напряженного состояния и т. д., а также и свойствами материала. Показателем жесткости материала является модуль продольной упругости Е (модуль жесткости) - структурно нечувствительная характеристика, зависящая только от природы материала.

Среди главных конструкционных материалов наиболее высокое значение модуля Е имеет сталь, наиболее низкое - магниевые сплавы и стеклопластики. Однако оценка этих материалов существенно изменяется при учете их плотности и использовании критериев удельной жесткости и устойчивости: Е/g,(E/g)1/2,(E/g)1/3 (табл.1).

Таблица 1.Удельная жесткость (устойчивость) конструкционных материалов

При оценке по этим критериям, выбираемыми в соответствии с формой и напряженным состоянием, во многих случаях наиболее выгодным материалом являются магниевые сплавы и стеклопластики, наименее выгодным - углеродистые и легированные стали.

Прочность - способность тела сопротивляться деформациям и разрушению. Большинство технических характеристик прочности (sв, s0,2) определяют в результате статического испытания на растяжение.

Эти характеристики зависят от структуры и термической обработки.

Прочность конструкционных материалов, используемых в технике, изменяется в очень широком диапазоне - от 100¸150 до 2500¸350О МПа. Однако выбор материала только по абсолютному значению показателей прочности sт (s0,2), sв и др. не дает правильной оценки возможностей материала. Для создания конструкции (машины) с минимальной массой большое значение имеет плотность материалов g. С учетом этого более правильно оценивать значение его удельной прочности отношением характеристик прочности sт, sв и др. к плотности материала (например, sв/g, sт/g, где g - плотность материала, г/см3).

Из данных, приведенных в табл.2, видно, что, например, алюминиевые сплавы, имея значительно меньшую абсолютную прочность, чем углеродистые и многие легированные стали, превосходят их по удельной прочности. Это означает, что при равной прочности масса изделия из алюминиевых сплавов меньше, чем

Таблица 2. Удельная прочность некоторых конструкционных материалов

изделия из стали. Наиболее высокую удельную прочность имеют стеклопластики типа СВАМ, а из металлических конструкционных материалов - титановые сплавы.

Оценивая реальную прочность конструкционного материала, следует учитывать характеристики пластичности d, y, а также вязкость материала, так как именно эти показатели в основном определяют возможность хрупкого разрушения. Это относится и к высокопрочным материалам, которые, обладая высокой прочностью, склонны к хрупкому разрушению