Даны характеристики эксплуатационной нагруженности машин и конструкций; расчеты на прочность по критериям сопротивления однократному, длительному статическому, малоцикловому и многоцикловому разрушениям; параметры, необходимые для расчетов долговечности машин. Изложены методы расчетов конструкций энергетического, транспортного, сельскохозяйственного, металлургического и других отраслей машиностроения.

Для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием. испытанием и эксплуатацией машин.

ВВЕДЕНИЕ

Одной из актуальных проблем современного машиностроения является проблема повышения долговечности элементов машин по критериям прочности при одновременном снижении их металлоемкости Непрерывное увеличение мощностей, скоростей, грузоподъемности, производительности и других параметров машин н связанный с этим рост напряженности элементов приводят к тому, что указанную проблему можно решить лишь при использовании в процессе конструирования и расчета новейших достижений науки о прочности.

Выбор материала, определение формы и размеров деталей должны основываться на знании предельных состояний и критериев прочности для заданного характера изменения нагрузок, температур, влиянии окружающей среды н других факторов.

Наибольшее значение имеет правильная оценка предельных состояний по критериям вязкого, хрупкого, малоциклового и многоциклового усталостных разрушений на стадиях образования и развития трещин. Рассматриваемые в гл. 1 силовые, энергетические и деформационные критерии вязкого, квазихрупкого и хрупкого разрушений являются основными для расчетов на прочность и ресурса высоконагруженных несущих элементов машин н конструкций. Используя эти критерии, можно определить:

условия существенного перераспределения напряжений и деформаций при возникновении упругопластических состояний;

роль исходных механических свойств материалов (пластичности и прочности при анализе условий образования разрушения в зонах и вне зон концентрации напряжении;

особенности изменения напряженно-деформированных состояний в зонах трещин при возникновении развитых пластических деформаций;

диаграммы разрушения, связывающие размер трещины с нагрузками;

значения предельных нагрузок для хрупких, квазихрупких и вязких состояний с широким варьированием степени пластического деформирования в зоне трещин.

Для элементов машин и конструкций в экстремальных условиях нагружения (в зонах концентрации, в местах действия высоких температурных и остаточных напряжений, в окрестности трещин традиционно применяемые в инженерной практике расчеты прочности, основанные на определении номинальных и местных напряжений (методы сопротивления материалов), оказываются недостаточными и в целом ряде случаев неправомерными. Поэтому запасы прочности и долговечности в рамках поверочных расчетов устанавливают на базе деформационных критериев разрушения, т. е. по предельным нагрузкам, местным упругопластическим деформациям, коэффициентам интенсивности напряжений и деформаций по размерам дефектов типа трещин.

Преимущество расчетов прочности не по напряжениям, а по деформациям состоит в том, что в деформационные критерии вязкого, квазихрупкого и хрупкого разрушений при однократном нагружении входит комплекс основных характеристик механических свойств — прочность, пластичность, показатели упрочнения в неупругой области, а также другие параметры диаграмм деформирования. Это позволяет проводить количественный анализ эффективности применения конструкционных материалов с различными статическими свойствами для машин и конструкций, работающих в широком диапазоне нагрузок, температур и скоростей деформирования.