Прочность — способность детали сопротивляться разрушению — оценивается несколькими способами:
а) с помощью допускаемых напряжений; б) запасами прочности; в) статистическими запасами прочности.
а) Наибольшее распространение получил метод расчета по допускаемым напряжениям, согласно которому наибольшее напряжение σmax в некоторой точке нагруженной детали не должно превышать определенной величины, свойственной данному материалу и типу детали.
Условие прочности детали по допускаемому напряжению имеет вид
σmax ≤ [σ], где [σ] - допускаемое напряжение.
Такая оценка удобна, и поэтому на практике для однотипных конструктивных элементов (деталей), устоявшейся технологии их изготовления, стабильных условий нагружения разработана система допускаемых напряжений, обобщающая предшествующий опыт эксплуатации машин, приборов и аппаратов различного назначения.
Однако такой оценке прочности присущи и недостатки:
1. Величина допускаемого напряжения носит условный характер, так как не отражает характера предполагаемого разрушения, режима нагружения и других факторов, влияющих на надежность;
2. Допускаемое напряжение, особенно при переменной нагрузке, зависит от геометрии детали, материала, технологии изготовления, что затрудняет его использование в качестве нормативной характеристики;
3. Величина [σ] не дает представления о надежности детали в явном виде, так как в неравенстве не показано соотношение действующих и предельных напряжений для материала детали (предела текучести σт, предела прочности σв, предела выносливости σ-1 и др.).
В инженерных расчетах допускаемые напряжения используют в основном для предварительных расчетов, связанных с приближенным определением основных размеров деталей.
б) Широкое распространение получил также расчет по запасам прочности. Условие прочности в этом случае n = σпред / σmax, где n - запас прочности; σпред - предельное напряжение (предел прочности при постоянных нагрузках, предел выносливости при переменных нагрузках), полученное экспериментально или взятое из справочника; σmax - максимальное напряжение в опасной точке детали, вычисленное при наибольшей (ожидаемой или установленной тензометрированием) рабочей нагрузке.
Величина σпред отражает геометрию детали, технологию ее изготовления и условия нагружения, поэтому величина необходимого запаса прочности имеет стабильное значение.
Условия прочности по допускаемым напряжениям и запасам прочности связаны соотношением
[σ] = σпред / n
При действии статических нагрузок иногда используют запас прочности по несущей способности
n = Fразр / F, показывающий отношение нагрузок в момент разрушения и в рабочих условиях.
В описанных методах оценки прочности носят детерминированный характер и не учитывают должным образом неизбежное рассеяние разрушающих и максимальных напряжений.
в) Статистические запасы прочности являются более обоснованными характеристиками прочностной надежности, в особенности для отказов конструкций с тяжелыми последствиями.
Предел выносливости детали определяют экспериментально на некоторой базе испытаний (обычно 107 циклов). Разброс характеристик сопротивления усталости деталей обусловлен нестабильностью механических свойств металла даже в пределах одной плавки, отклонениями в режиме термообработки, отклонениями размеров деталей в пределах допусков, микроскопическими источниками рассеяния, связанными с неоднородной структурой материала и др.
Статистические запасы прочности, как и обычные запасы прочности, имеют условное значение. Их используют как критерии сравнения надежности вновь создаваемых изделий с изделиями, удовлетворительно эксплуатируемыми.
