Выбор рациональной конструкции

Выбор рациональной конструкции


Отметим некоторые общие положения рационального проектирования конструкций.


Вблизи мест приложения сосредоточенных нагрузок напряжения значительно больше, чем вдали от них (принцип Сен-Венана). Создавая конструкцию надо предусмотреть усиление конструкции в местах воздействия сосредоточенных нагрузок, увеличить поверхность, на которой прикладывается нагрузка.


Использование в конструкции ступенчатых стержней вызывает концентрацию напряжений в местах резкого изменения формы. Концентрация напряжений — главный фактор снижения прочности. Необходимо предусматривать плавный
переход от одной формы к другой. В местах концентрации напряжений желательно поверхностное упрочнение с созданием остаточных напряжений сжатия в поверхностном слое, что позволяет практически полностью устранить снижение прочности, вызванное концентрацией напряжений.


Для уменьшения веса конструкции и увеличения ее жесткости при изгибе целесообразно использовать сечения коробчатой формы вместо сплошных, применять ребра жесткости и подпорки. Конструкции больших размеров желательно делать неработающими на изгиб. Заменять балки фермой, стержни которой работают на растяжение или сжатие. Правда, в этих случаях необходима проверка сжатых стержней на устойчивость.


Внешние нагрузки, если есть возможность, лучше прикладывать ближе к опорным точкам конструкции, что ведет к уменьшению изгибающих моментов и соответственно к уменьшению веса конструкции при той же прочности.


Статически неопределимые системы всегда жестче, чем статически определимые того же веса. С точки зрения только прочности система из одного стержня всегда будет весить меньше, чем система из многих стержней. Увеличение жесткости статически неопределимых систем влечет за собой увеличение собственной частоты, коэффициента динамичности, рост
динамических напряжений при ударных нагрузках. Расчет статически неопределимой системы значительно сложнее, чем статически определимой. В статически неопределимых системах возникают температурные и монтажные напряжения, что надо учитывать при проектировании и, по возможности, предусматривать возможность регулировки зазоров и мест сборки элементов конструкции.


Нерационально использование высокопрочных сталей для стержней, работающих на сжатие, так как устойчивость зависит от модуля Юнга, который примерно одинаков для всех сталей.


С точки зрения сопромата применение малоуглеродистых пластичных сталей снижает опасность хрупкого разрушения, так как для них критическая длина трещины измеряется в метрах. Для деталей сравнительно малых размеров нет необходимости иметь большую критическую длину трещины. Для них целесообразно применение высокопрочных сталей.


Собственная частота конструкций, нагруженных периодически действующей силой, не должна быть близкой к резонансной. Отодвинуться от резонансной частоты (в ту или иную сторону) можно, изменив массу или жесткость
конструкции. Увеличение массы или уменьшение жесткости ведет к уменьшению низшей собственной частоты конструкции.

Нельзя забывать и об условиях хрупкого и вязкого разрушения. Ведь переход от пластичного разрушения к хрупкому может вызвать внезапное разрушение при нагрузках, вроде бы гарантирующих надежную работу конструкции.


Используемый материал должен при заданных условиях эксплуатации сохранять вязкий характер разрушения.

 

Rambler's Top100