Понятие о сложном деформированном состоянии

Совокупность деформаций, возникающих по различным направ­лениям и в различных плоскостях, проходящих через точку, опреде­ляют деформированное состояние в этой точке.

Сложное деформированное состояние возникает, если деталь од­новременно подвергается нескольким простейшим нагружениям.

Такие состояния возникают в заклепочных соединениях (срез и смятие), в болтовых соединениях (растяжение и скручивание), при поперечном изгибе бруса (изгиб и сдвиг).

Часто одним из нагружений (незначительным) пренебрегают. Например, длинные балки рассчитывают только на изгиб.

В ряде случаев нормальные и касательные напряжения, возни­кающие в детали, имеют одинаковый порядок и ими нельзя прене­брегать. Тогда расчет проводят при сложном деформированном со­стоянии.

Сложность расчета заключается в отсутствии эксперименталь­ных данных о предельных напряжениях, т.к. провести испытания из-за множества вариантов нагружения практически невозможно.

Для упрощения расчетов в этом случае применяют теории проч­ности. Смысл теорий заключается в замене реального сложного де­формированного состояния равноопасным простым.

Опасное состояние может быть вызвано различными фактора­ми: нормальные напряжения могут достигнуть предела текучести или предела прочности, касательные напряжения могут достигнуть опасного значения или накопленная энергия деформирования может стать слишком большой и вызвать разрушение.

Универсального критерия, позволяющего рассчитать предель­ное состояние для любого материала, нет. Разработано несколько различных гипотез предельных состояний, при расчетах использу­ют наиболее подходящую гипотезу. Расчеты по гипотезам прочности позволяют избегать дорогостоящих испытаний конструкции.

В настоящее время для расчета валов при совместном действии изгиба и кручения используют только третью и пятую теории проч­ности.

Сравнение разнотипных состояний производится с помо­щью эквивалентного (простого) напряженного состояния. Обычно сложное напряженное состояние заменяют простым растяжени­ем (рис. 34.2).

Расчетное напряжение, соответствующее выбранному одноосно­му растяжению, называют эквивалентным напряжением (рис.34.26).

Полученное расчетным путем эквивалентное напряжение для точки сравнивают с предельным (рис. 34.2е).

Напряженное состояние в точке равноопасно эквивалентному напряженному состоянию. Условие прочности получим, сопоста­вив эквивалентное напряжение с предельным, полученным экспе­риментально для выбранного материала:

—допускаемый запас прочности.

Как известно, предельным напряжением для пластичных мате­риалов является предел текучести σ_Т, а для хрупкого — предел проч­ности σ_В. Предельное напряженное состояние у пластичных материа­лов наступает в результате пластических деформаций, а у хрупких — в результате разрушения.

Для пластичных материалов расчет может выполняться по ги­потезе максимальных касательных напряжений: два напряженных состояния равноопасны, если максимальные касательные напряже­ния у них одинаковы (третья теория прочности).

Расчет можно проводить и по теории потенциальной энергии формоизменения: два напряженных состояния равноопасны, если энергия формоизменения у них одинакова (пятая теорема прочно­сти).

Для хрупких и хрупко-пластичных материалов применяют тео­рию прочности Мора.

Расчет эквивалентного напряжения для точки по теории макси­мальных касательных напряжений выполняется по формуле

а по теории энергии формоизменения по формуле

где σ — действующее в точке нормальное напряжение; τ — действу­ющее в точке касательное напряжение.