POLITECHNIKA ŚWITOKRZYSKA W KIELCACH
WYDZIAA MECHATRONIKI I BUDOWY MASZYN
KATEDRA PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN
Wykresy rozciągania - wyznaczanie stałych
materiałowych; współczynniki bezpieczeństwa,
naprężenia dopuszczalne, materiały
konstrukcyjne
Marcin Graba
wykład z przedmiotów: Podstawy Konstrukcji Maszyn, Podstawy Projektowania Inżynierskiego, Podstawy
Projektowania; studia stacjonarne i niestacjonarne; kierunki: MiBM, AiR, Transport, Inżynieria Bezpieczeństwa,
Zarządzanie i Inżynieria Produkcji, Energetyka
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Literatura wykorzystana do przygotowania wykładu
" Budynas R.G., Nisbett J.K., "Shigley s Mechanical Engineering Design", 8th edition in SI units, McGraw Hill, Printed in Singapore 2008.
" Dobrzański L.A., Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. Materiały inżynierskie z podstawami projektowania , WNT, Warszawa 2002
" Dobrzański T., "Rysunek Techniczny Maszynowy", WNT Warszawa 2002.
" Drewniak J., "Zbiór zadań z podstaw konstrukcji maszyn z rozwiązaniami - część 1", Wydawnictwo Pracowni Komputerowej Jacka Skalmierskiego, Gliwice 2000.
" Drewniak J., "Zbiór zadań z podstaw konstrukcji maszyn z rozwiązaniami - część 2", Wydawnictwo Pracowni Komputerowej Jacka Skalmierskiego, Gliwice 2000.
" Dziurski A., Kania L., Kasprzycki A., Mazanek E., Przykłady obliczeń z podstaw konstrukcji maszyn - tom 1: połączenia, sprężyny, zawory, wały maszynowe , praca
zbiorowa pod redakcją E. Mazanka, WNT, Warszawa 2005
" Dziurski A., Kania L., Kasprzycki A., Mazanek E., Ziora J., Przykłady obliczeń z podstaw konstrukcji maszyn - tom 2: łożyska, sprzęgła i hamulce , praca zbiorowa pod
redakcją E. Mazanka, WNT, Warszawa 2005
" Ferenc K, Ferenc J., "Konstrukcje spawane. Połączenia". WNT, 2006.
" Graba M., Elementy zapisu konstrukcji , materiały pomocnicze i informacyjne, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej w Kielcach, Kielce 2004
" Hibbeler R.C., "Engineering Mechanics - Statics, 12th edition", Published by Pearson Prentice Hall, New Jersey 2009.
" Knosala R., Gwiazda A., Baier A., Gendarz P., Podstawy konstrukcji maszyn - przykłady obliczeń , WNT, Warszawa 2000
" Kocańda S., Szala J., Podstawy obliczeń zmęczeniowych , PWN, Warszawa 1997
" Kurmaz L.W., Kurmaz O. L.,: Projektowanie węzłów i części maszyn , podręcznik, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej w Kielcach, Kielce 2007
" Neimitz A., Dzioba I., Graba M., Okrajni J., "Ocena wytrzymałości, trwałości i bezpieczeństwa pracy elementów konstrukcyjnych zawierających defekty", podręcznik
akademicki, Wydawnictwo PŚk, 2008, 438 stron.
" Niezgodziński M.E., Niezgodziński T., "Wzory, wykresy i tablice wytrzymałościowe", PWN 1977
" Norton R.L., "Machine Design. an Integrated Approach", third Edition, Pearson International Edition, Prinited in USA, 2006.
" Orlik Z., Surowiak W., Części maszyn - cz. , Państwowe Wydawnictwa Szkolnictwa Zawodowego, Bytom 1973
" Orlik Z., Surowiak W., Części maszyn - cz. , Państwowe Wydawnictwa Szkolnictwa Zawodowego, Bytom 1973
" Osiński Z., Bajon W., Szucki T., Podstawy Konstrukcji Maszyn , PWN, Warszawa 1978
" Potrykus J. (red.), Poradnik mechanika , Wydawnictwo REA, Warszawa 2009
" Potyński A., Podstawy technologii i konstrukcji mechanicznych , WSiP, Warszawa 1995
" Praca zbiorowa pod red. M. Dietricha, Podstawy konstrukcji maszyn - tom 1, , WNT, Warszawa 1999
" Praca zbiorowa, "Poradnik mechanika tom I-II", WNT, Warszawa 1999.
" Rutkowski A., Części maszyn , WSiP, Warszawa 1986
" Rutkowski A., Stępniewska A., Zbiór zadań z części maszyn , WSiP, Warszawa 1984
" Skoć A., Spałek J., Podstawy konstrukcji Maszyn - tom 1: obliczenia konstrukcyjne, tolerancje i pasowana, połączenia , WNT, Warszawa 2006
" Skoć A., Spałek J., Podstawy konstrukcji Maszyn - tom 2: zasady dynamiki i tribologii, elementy podatne, wały i osie maszynowe, łożyska ślizgowe i toczne, sprzęgła i
hamulce , WNT, Warszawa 2006
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Rodzaje obciążeń części maszynowych
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Obciążenia stałe podstawy analizy elementów
konstrukcyjnych
" Obciążenia stałe, to takie, które w trakcie pracy elementu
konstrukcyjnego nie ulega zmianie zarówno co do wartości jak i
kierunku.
" Obliczenia wytrzymałościowe w tym zakresie polegają na
porównywaniu rzeczywistego poziomu naprężeń z poziomem
naprężeń dopuszczalnych.
" W praktyce inżynierskiej, wyznaczenie poziomu naprężeń
rzeczywistych w danej konstrukcji wymaga podzielenia siły lub
momentu obciążającego element konstrukcyjny odpowiednio przez
pole powierzchni lub wskaznik wytrzymałości liczony w najmniejszym
(czyli najbardziej zagrożonym) przekroju.
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Obciążenia stałe podstawy analizy elementów
konstrukcyjnych
" W związku z różnym rodzajem obciążenia, które można wyróżnić w
trakcie eksploatacji elementów konstrukcyjnych, wymagane jest w
trakcie oceny ich pracy by wybrać odpowiedni sposób analizy, który
da inżynierowi odpowiedz, czy dany element konstrukcyjny może
dalej pracować czy nie.
" Należy przy tym uwzględnić, rodzaj obciążenia, rodzaj materiału,
warunki pracy oraz sprawdzić czy element konstrukcyjny zawiera
jakieś defekty.
" W związku z tym, kryteria wytrzymałościowe wykorzystywane przy
projektowaniu, wywarzaniu oraz ocenie pracy danego elementu
konstrukcyjnego, można sklasyfikować według następującej
struktury.
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Struktura kryteriów wytrzymałościowych
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Podział materiałów konstrukcyjnych
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Podstawowe warunki wytrzymałościowe
rodzaj obciążenia warunek wytrzymałościowy
F
= d" kr
rozciąganie
r
S
F
= d" kc
ściskanie
c
S
F
= d" kt
ścinanie
r
S
M
g
= d" kg
zginanie
g
Wx
M
s
= d" ks
skręcanie
s
W0
F F
naciski powierzchniowe (p) = d" k0 lub = d" kd
0 d
S S
W zaprezentowanych wzorach, poszczególne symbole oznaczają odpowiednio:
F siła, S pole powierzchni rozważanego przekroju, Mg moment gnący, Ms moment skręcający, -
naprężenie normalne, - naprężenie styczne, Wx wskaznik wytrzymałości przy zginaniu, W0 wskaznik
wytrzymałości przy skręcaniu.
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Naprężenia zastępcze
" Jeżeli jednak, element konstrukcyjny poddany jest złożonym obciążeniom, należy w
odpowiedni sposób wyznaczyć naprężenia zastępcze.
" W przypadku gdy element konstrukcyjny, obciążony jest naprężeniami tego samego
rodzaju (muszą to być naprężenia normalne dla obu możliwości obciążenia lub tylko
naprężenia styczne dla obu możliwości obciążenia), przykładem może tu być ściskanie
lub rozciąganie wraz ze zginaniem, to można dokonać prostego sumowania naprężeń.
" Jednakże jeżeli występuje obciążenie złożone będące niejednakowego rodzaju
(naprężenia normalne + naprężenia styczne), np. zginanie i skręcanie, jak ma to
miejsce w wałach maszynowych, naprężenia zastępcze wyznacza się wykorzystując
odpowiednie hipotezy.
" Dla wspomnianego przypadku zginania i skręcania wału, stosuje się hipotezę Hubera,
w postaci następującego wzoru:
gdzie z jest naprężeniem zastępczym, a ą jest współczynnikiem obliczanym z
2
2
równania ą = kg/ks dla przypadku zginania wału ze skręcaniem równocześnie,
= + (ą " )
z
lub innym ilorazem dopuszczalnych naprężeń normalnych i dopuszczalnych
naprężeń stycznych, w zależności od rodzaju obciążenia; w przypadku, gdy
inżynier nie zna wartości naprężeń dopuszczalnych, można przyjąć, że ą = "3,
czyli ą = 1.732
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Naprężenia dopuszczalne
Po obliczeniu naprężeń obciążający konstrukcję, należy je porównać z
poziomem naprężeń dopuszczalnych, których poziom wyznacza się w oparciu
o statyczną próbę rozciągania. Wielkość odczytywana z wykresów rozciągania,
która służy do określania poziomu naprężeń dopuszczalnych, zależy od
rodzaju materiału, z czym związany jest wykres rozciągania:
" dla materiałów kruchych naprężenia dopuszczalne określa się w oparciu o
wytrzymałość dorazną Rm;
" dla materiałów plastycznych, wykorzystuje się w zależności od rodzaju
wykresu rozciągania wyrazną (Re) lub umowną (R0,2) granicę plastyczności.
=0.2%
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Współczynniki bezpieczeństwa
Prowadząc obliczenia wytrzymałościowe należy pamiętać, że nie wolno używać
wprost wytrzymałości doraznej lub granicy plastyczności. Wielkości te należy
zawsze pomniejszyć, stosując odpowiedni współczynnik bezpieczeństwa,
zależny od rodzaju materiału. Wartość współczynnika bezpieczeństwa związana
jest ściśle z kruchością materiału. Im materiał bardziej kruchy, tym
współczynnik bezpieczeństwa powinien być większy.
materiał rodzaj pracy współczynnik bezpieczeństwa, X
stale konstrukcyjne miękkie (plastyczne),
2.0 2.3
staliwa, żeliwo ciągliwe
żeliwo szare rozciąganie 3.5
żeliwo szare ściskanie 3.5 4.0
zginanie, ścinanie i inne rodzaje
żeliwo szare 3.3 4.5
obciążenia
materiały ceramiczne 4.0 7.0
drewno 8.0 12.0
stopy aluminium (plastyczne) 3.5 4.0
stopy miedzi (plastyczne) 3.0 4.0
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Oznaczenia znakowe stali według zastosowania
Ogólna forma oznaczenia jest następująca: X000Y
gdzie:
X oznaczenie rodzaju stali np.:
S Stale konstrukcyjne (np. S235)
E Stale maszynowe (np. E295)
P Stale na urz. ciśnień. (np. P460)
L Stale na rury (np. L360)
B Stale do zbrojenia (np. B500)
Y Stale do betonu spręż. (np. Y720)
R Stale na szyny (np. R820)
H Stale do walcowania na zimno
DC, DD Stale do walcowania (np. DD02, DC03)
000 liczba odpowiadająca Re (granicy plastyczności w MPa) lub Rm (granicy doraznej wytrzymałości
w MPa), twardości HRC lub oznaczenie cyfrowe kolejności stali w kierunku stali o rosnącej
wytrzymałości
Y oznaczenie dodatkowe np.:
H stal konstrukcyjna na kształtowniki ( np. S355J0H)
N stal konstrukcyjna spawalna wyżarzona ( np. S275N)
GD stal do powlekania na gorąco ( np. S280GD+..)
U stal na narzędzia ( np. C80U)
+Z stal powlekana cynkiem ( np. S320GD+Z)
M stal walcowana ( np. S550MC)
C stal walcowana na zimno
Q stal po ulepszaniu cieplnym ( np. S500Q)
L stal do pracy w obniżonych temperaturach ( np. S690QL)
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Oznaczenia znakowe stali według składu
chemicznego
" Stale niestopowe oznaczenie C oraz dwie cyfry określające
zawartość węgla w setnych częściach % (np. C35)
" Stale niestopowe i stopowe (bez szybkotnących) o zawartości
poszczególnych pierwiastków stopowych mniejszej niż 5% liczba
oznaczająca zawartość węgla oraz symbole chemiczne pierwiastków
stopowych oraz liczby odpowiadające stężeniom (np. 35S20)
" Stale stopowe o stężeniu poszczególnych pierwiastków stopowych
większym niż 5% - oznaczenie X , zawartość węgla oraz symbole
chemiczne dodatków stopowych oraz ich zawartość w % (np.
X8CrNiMoAl15-7-2)
" Stale szybkotnące oznaczenie HS oraz liczby odpowiadające
stężeniom kolejnych pierwiastków w % W, Mo, V, Co (np. HS2-9-1-8)
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Oznaczenia stali liczbowe
Ogólna forma oznaczenia jest następująca:
1.XXYY
gdzie:
1 stal,
XX numer grupy stali np.:
od 01 do 07 i od 91 do 97 stale niestopowe jakościowe;
od 10 do 18 stale niestopowe specjalne;
od 40 do 49 stale żaroodporne i odporne na korozję;
od 50 do 89 stale stopowe konstrukcyjne, maszynowe i na
zbiorniki ciśnieniowe;
YY numer wyróżniający konkretny gatunek stali (np. 1.4507)
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Własności stali konstrukcyjnych zwykłej jakości
Re granica plastyczności w [MPa],
Rm granica doraznej wytrzymałości w [MPa],
HB twardość według skali Brinella,
A5 wydłużenie względne próbki 5-ciokrotnej w [%],
C zawartość węgla w [%].
oznaczenie nowe oznaczenie stare Re Rm HB A5 C
S185 St0 185 315 20 23 0,23
S195 St2 195 335 110 29 32 0,15
S215 St3 215 375 120 23 26 0,22
S235 St4 235 410 140 21 24 0,25
S275 St5 275 490 160 17 20 0,35
S315 St6 315 590 180 12 15 0,45
S345 St7 345 690 200 9 10 0,55
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Własności stali konstrukcyjnych wyższej jakości
Własności stali konstrukcyjnych wyższej jakości normalizowanych (bez obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej)
Re granica plastyczności w [MPa],
Rm granica doraznej wytrzymałości w [MPa],
HB twardość według skali Brinella,
A5 wydłużenie względne próbki 5-ciokrotnej w [%],
C zawartość węgla w [%].
oznaczenie Re Rm HB A5 C
10 210 340-450 137 31 0,07-0,14
15 230 380-500 143 27 0,15-0,19
20 250 420-520 156 25 0,17-0,24
25 280 460-560 170 23 0,22-0,30
35 320 540-660 187 20 0,32-0,40
45 360 610-730 241 16 0,42-0,50
55 390 660-810 255 12 0,52-0,60
65 420 710-880 255 10 0,62-0,70
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Naprężenia dopuszczalne stali konstrukcyjnych
zwykłej jakości
stałe kr= (0,55-0,65)Re
rozciąganie
jednostronnie tętniące krj= (0,35-0,45)Re
rozciąganie i ściskanie obustronnie tętniące krc= (0,2-0,35)Re
stałe kc= (0,55-0,65)Re
na ściskanie
jednostronnie tętniące kcj= (0,35-0,45)Re
stałe ks= (0,33-0,4)Re
jednostronnie tętniące ksj= (0,21-0,27)Re
na skręcanie i ściskanie
obustronnie tętniące kso= (0,12-0,21)Re
stałe kt= (0,33-0,4)Re
jednostronnie tętniące ktj= (0,21-0,27)Re
na ścinanie
obustronnie tętniące kto= (0,12-0,21)Re
stałe kg= (0,55-0,65)Re
jednostronnie tętniące kgj= (0,35-0,45)Re
na zginanie
obustronnie tętniące kgo= (0,2-0,35)Re
naciski powierzchniowe kd= 0,5Re
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Naprężenia dopuszczalne stali konstrukcyjnych
wyższej jakości
stałe kr= (0,55-0,65)Re
rozciąganie
jednostronnie tętniące krj= (0,35-0,45)Re
rozciąganie i ściskanie obustronnie tętniące krc= (0,2-0,35)Re
stałe kc= (0,55-0,65)Re
na ściskanie
jednostronnie tętniące kcj= (0,35-0,45)Re
stałe ks= (0,33-0,4)Re
jednostronnie tętniące ksj= (0,21-0,27)Re
na skręcanie i ściskanie
obustronnie tętniące kso= (0,12-0,21)Re
stałe kt= (0,33-0,4)Re
jednostronnie tętniące ktj= (0,21-0,27)Re
na ścinanie
obustronnie tętniące kto= (0,12-0,21)Re
stałe kg= (0,55-0,65)Re
jednostronnie tętniące kgj= (0,35-0,45)Re
na zginanie
obustronnie tętniące kgo= (0,2-0,35)Re
naciski powierzchniowe kd= 0,5Re
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Wytrzymałość zmęczeniowa stali konstrukcyjnych
zwykłej i wyższej jakości
obustronnie tętniące Zgo= 0,5Rm
na zginanie
jednostronnie tętniące Zgj= 0,85Rm
obustronnie tętniące Zro= 0,35Rm
na rozciąganie
jednostronnie tętniące Zrj= 0,65Rm
obustronnie tętniące Zso= 0,3Rm
na skręcanie
jednostronnie tętniące Zsj= 0,6Rm
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Własności mechaniczne metalowych materiałów
konstrukcyjnych
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Naprężenia obliczeniowe w prętach okrągłych dla
różnych przypadków obciążenia
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
WYKRESY ROZCIGANIA - WYZNACZANIE STAAYCH MATERIAAOWYCH; WSPÓACZYNNIKI ...
Naprężenia obliczeniowe w prętach okrągłych dla
różnych przypadków obciążenia
www.tu.kielce.pl/~mgraba Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
PKM wyklad polaczenia spajane spawane i zgrzewanePKM wyklad polaczenia nitowePKM wyklad wytrzymalosc zmeczeniowo ksztaltowa czesci maszynPKM wyklad polaczenia nitowePKM wyklad zasady konstruowania czesci maszynGeometria wykreślna WYKŁAD 5wykresy do wykladuGEOMETRIA WYKREŚLNA WAŻNY WYKŁADSieci komputerowe wyklady dr FurtakWykład 05 Opadanie i fluidyzacjawięcej podobnych podstron