Развитие металургии и технологий обработки металла

Коэффициент запаса прочности часто называют коэффициентом нашего незнания. Когда конструктор не знает величину сил, которые будут воздействовать на его машину (или сооружеие), на ее отдельные детали, ему просто ничего другого не остается, как увеличить запас прочности, чтобы сделать свою машину (или сооружение) понадежнее. Правда, это тоже приводит к огромным убыткам. Ведь что такое запас прочности? Прежде всего увеличение массивности деталей. Стало быть гораздо больше пойдет дорогого металла, больше труда будет затрачено на строительство. Такое сооружение или машина, возможно, просуществует дольше, но затраты на него будут столь велики, что не всегда ясно, выгодно ли это. А главное, при увеличении массивности изделия вступает в действие так называемый масштабный фактор. Дело в том, что при увеличении сечения детали вдвое она выдерживает, отнюдь, не вдвое большую нагрузку. В результате гигантское сооружение может быть раздавлено под собственной тяжестью и огромное количество металла уйдет впустую,а ведь металл дорог и существует специальная лондонская биржа металлов где продают и покупают металл в больших объемах.

Все это достаточно известно. Но неизвестна закономерность, по которой падает удельная прочность (то есть прочность, приходящаяся на единицу сечения, например на каждый квадратный миллиметр) с увеличением массивности. Чтобы определить удельную прочность детали, последнюю нужно сломать и измерить нагрузку, при которой она разрушилась. При этом необходимо учитывать, что из-за масштабного фактора нельзя, сломав, скажем, стержень сечением в десять квадратных миллиметров, судить о том, под какой нагрузкой разрушится стержень в тысячу и тем более в сто тысяч квадратных миллиметров. А сломать такой «стерженек»...

До последнего времени стремились строить все более и более мощные испытательные машины. В Институте металлургии им. А. А. Байкова АН , в лаборатории, которой заведует профессор доктор технических наук В. С. Иванова, решили разобраться в сущности явления масштабного фактора и выявить, каким именно образом происходит процесс разрушения.

И вот мы снова возвращаемся к вопросу: что такое прочность?

Существуют понятия: статическая прочность, динамическая прочность, циклическая прочность и др. Кроме того, различают прочность при различных температурах. При высоких температурах у металла появляется ползучесть, а при низких — хрупкость.

Когда мы говорим о циклических нагрузках, мы сталкиваемся с явлениями усталости металла. (Под усталостью металла понимают разрушение материала при циклических напряжениях, значительно меньших, чем предел прочности данного материала).

Конструкций, работающих при статических нагрузках, то есть когда на них действуют постоянные силы, сравнительно немного. Это в основном несущие конструкции зданий и сооружений (фундаменты, стены, балки), трубопроводы и некоторые другие изделия из металлов, в том числе цветных которые продает биржа цветных металлов.

Большинство деталей машин работает в условиях, когда нагрузки меняются во времени или по величине, или по знаку.

Зачастую меняется и то, и другое вместе. В таких условиях работают автомобили и самолеты, станки и паровые молоты, валы и турбины, рессоры и оси, шатуны и т. д. К примеру, шатун паровой машины рассчитывается так, чтобы он смог выдержать не менее одного миллиарда перемен нагрузок, а вал паровой турбины — 15 миллиардов таких изменений. metallicheckiy-portal.ru