Коэффициенты запаса прочности

И допускаемые напряжения

Прочность элементов конструкций теплоэнергетического оборудования является одним из определяющих условий надежности, закладываемых на стадии проектирования. Порядок расчета на прочность регламентируется различными нормативными документами, отраслевыми стандартами и др.

Важнейшие исходные показатели при выполнении расчетов на прочность - коэффициент запаса прочности (запас прочности) и допускаемое напряжение. Коэффициент запаса прочности необходимо выбирать с тем расчетом, чтобы был обеспечен определенный запас против появления предельного состояния материала, характеризуемого величиной s_пред. В качестве s_пред принимается:

· s_т (s_0,2) - предел текучести для пластического состояния материала;

· s_в - временное сопротивление при разрушении (появлении трещины) для хрупкого состояния материала;

· s_r - пределвыносливости при появлении трещин усталости.

Коэффициентом запаса прочности п называется отношение предельного напряжения для данного материала к максимальному эквивалентному напряжению: n = s_пред/s_экв. В практике инженерных расчетов используется также понятие коэффициента запаса по долговечности n₁ - отношение времени t_пред, за которое происходит разрушение, к плановому сроку эксплуатации t₀:

В расчетах на прочность элементов конструкций теплоэнергетического оборудования и в машиностроении основным является расчет по допускаемым напряжениям. Критерием надежности конструкции будет выполнение условия прочности

s_max _ [s], (49)

где [s] = s_пред/[n] - допускаемое напряжение; [n] - нормативный коэффициент запаса прочности.

Выбор допускаемого напряжения и соответственно нормативного коэффициента запаса прочности зависит от многих факторов:

· достоверности сведений о механических характеристиках материалов;

· технологических допусков на размеры элементов конструкции;

· изменения свойств материалов во время эксплуатации;

· точности расчетного и экспериментального определения напряжений и деформации;

· допускаемых отклонений параметров нагружения в режиме эксплуатации.

При установлении запаса прочности учитывается назначение конструкции, последствия, к которым может привести ее разрушение. По мере накопления опыта проектирования, эксплуатации и совершенствования методик расчета значения коэффициентов запаса прочности уточняются. На определенный период времени эти значения устанавливаются стандартами и нормами.

Необходимо принятьво внимание, что нагрузки, свойства материалов и условия эксплуатации конструкции не являются детерминированными величинами, ихзначения определяются с некоторой степенью вероятности. Для получения достоверных представлений о значениях допускаемых напряжений и коэффициентов запаса прочности, необходимо учитывать их статистическую природу.

Значения нормативного коэффициента запаса прочности приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Нормативные коэффициенты запаса

Характер нагрузки	Состояние материала	[n]
Статическая     Ударная Переменная	Пластичный материал Хрупкий материал   Пластичный материал Пластичный материал (сталь)	2,4-2,6 3,0-9,0   2,8-5,0 5,0-15,0

Эти значения носят ориентировочный характер; они дают представление об изменении нормативного коэффициента запаса в зависимости от различных факторов.

Требования, предъявляемые к конструкционным

Машинам

Основные требования установлены в соответствии с ГОСТ 22851-77.

Конструкция должна обеспечивать:

1) Надежность и безопасность оборудования (прочность, жесткость, устойчивость и герметичность, безопасность при монтаже, транспортировке, эксплуатации и ремонте оборудования);

2) Технологичность (минимум затрат на изготовление, эксплуатацию и ремонт; взаимозаменяемость и ремонтопригодность деталей и узлов оборудования);

3) Требования эргономики (расположение контрольных и аварийных органов управления, уровень шума, вибрации, температура в помещении);

4) Транспортабельность (трудоемкость и продолжительность подготовки изделия к транспортированию, габаритность оборудования);

5) Стандартизация (отношение стандартных и унифицированных элементов оборудования к общему их числу).