W tym artykule omówiono dopuszczalne naprężenia zginające. Termin „dopuszczalny” narzuca granicę, której nie można przekroczyć. Określa granicę bezpieczeństwa, której przekroczenie może prowadzić do awarii.
Przy projektowaniu elementów mechanicznych brane są również pod uwagę nieznane problemy, dzięki którym wprowadzany jest współczynnik bezpieczeństwa. Rosnący poziom bezpieczeństwa zwiększa również koszt produktu, dzięki czemu podczas projektowania negocjowana jest idealna ilość dopuszczalnego naprężenia.
Jakie jest dopuszczalne naprężenie zginające?
Dozwolone zginanie naprężenie to najbezpieczniejsza ilość naprężeń, którą można zastosować na elemencie bez obawy o awarię. To bardzo ważne określenie używane w branży mechanicznej i budowlanej. Znajomość dopuszczalnych naprężeń pomaga w wyborze odpowiedniego materiału.
Każda ilość naprężeń przekraczająca dopuszczalny limit naprężeń jest oznaką zagrożenia dla elementu. Wzór na dopuszczalne naprężenie zginające omówiono w dalszej części tego artykułu. To naprężenie różni się od maksymalnego naprężenia zginającego i może być równe lub mniejsze niż maksymalne naprężenie zginające.
Kredytów obrazka: Wikipedia
Maksymalne naprężenie zginające
Wartość naprężenia zginającego, powyżej której element z pewnością ulegnie awarii, nazywana jest maksymalnym naprężeniem zginającym. Jest to górna granica naprężeń lub punkt zerwania/złamania materiału.
Jest to końcowa granica naprężeń, które można przyłożyć do materiału. Powyżej tej granicy prawdopodobieństwo awarii komponentu wynosi 100%. To naprężenie jest większe niż dopuszczalne naprężenie zginające.
Dopuszczalna formuła naprężeń zginających
Dopuszczalne naprężenie zależy od różnych czynników, biorąc pod uwagę każdy czynnik, wyprowadzany jest pojedynczy termin zwany czynnikiem bezpieczeństwa. Współczynnik bezpieczeństwa różnicuje termin maksimum obezwładniający stres i dopuszczalne naprężenie zginające.
Maksymalne naprężenie zginające zostało omówione w powyższym rozdziale. Wzór na dopuszczalne naprężenie zginające podano poniżej: σdozwolone =σmax/Fs
Jeżeli współczynnik bezpieczeństwa jest jednością, maksymalne naprężenie zginające jest równe dopuszczalnemu naprężeniu zginającemu.
Jak obliczyć dopuszczalne naprężenie zginające
Dopuszczalne naprężenie zginające jest obliczane za pomocą wzoru omówionego w powyższym rozdziale. Warunkiem wstępnym obliczenia dopuszczalnego naprężenia zginającego jest określenie współczynnika bezpieczeństwa zgodnie z rodzajem zastosowania i maksymalnym naprężeniem zginającym.
Dopuszczalna wytrzymałość betonu na zginanie
Beton ma szerokie zastosowanie w budownictwie. Obecnie na ogromną skalę przeważają również drogi betonowe. Bardzo ważna jest znajomość wytrzymałości betonu na zginanie.
Poniżej podano wytrzymałość na zginanie różnych gatunków betonu:
- M15-5.0 MPa
- M20-7.0 MPa
- M25-8.5 MPa
- M30-10.0 MPa
- M40-13.0 MPa
- M45-14.5 MPa
- M50-16.0 MPa
Dopuszczalna wytrzymałość na zginanie aluminium
Aluminium ma mechaniczną przewagę nad innymi metalami, ponieważ jest lżejsze. Istnieje kilka gatunków aluminium, które można łatwo giąć, są to:
- Stop aluminium 3003
- Stop aluminium 5052
- Stop aluminium 5083
Wytrzymałość na zginanie gatunku aluminium AL6061 wynosi 299 MPa i wartość ta może wzrosnąć nawet do 446 MPa dla hybrydowych kompozytów CSA, co jest o około 49% wyższą wersją niż w przypadku metalu podstawowego AL6061.
Dopuszczalna wytrzymałość na zginanie sklejki
Wytrzymałość sklejki na zginanie zależy od ilości warstw, grubości warstw oraz układu słojów.
W przypadku warstwy rozciąganej wytrzymałość na zginanie wynosi:
- Dla kierunku ziarna równoległego do rozpiętości 20 MPa
- Dla kierunku słojów normalnych do rozpiętości-15MPa
W przypadku warstwy ściskanej wytrzymałość na zginanie wynosi:
- Dla kierunku ziarna równolegle do rozpiętości-10MPa
- Dla kierunku słojów normalnych do rozpiętości-8MPa
Powyższe dane pochodzą z testu przeprowadzonego na 5 warstwach o grubości 6mm każda.
Dopuszczalne naprężenie zginające drewna
Na rynku dostępne są różne rodzaje drewna. Najczęściej używane to klon, dąb, sosna, sekwoja.
Dopuszczalne naprężenia zginające ww. gatunków drewna podano poniżej:
- Klon– 1271-1491 MPa
- Dąb-1369-1610 MPa
- Drewno sosnowe-1222-1438 MPa
- Sekwoja-1320-1553 MPa
Jak obliczyć przykład dopuszczalnego naprężenia zginającego
Rozważmy podane dane dla przykładowego okazu:
Maksymalny obezwładniający stres jaką próbka może wytrzymać wynosi 100 MPa.
Współczynnik bezpieczeństwa ma być utrzymywany w okolicach 1.5
Oblicz dopuszczalne naprężenie zginające.
Dopuszczalne naprężenie można znaleźć za pomocą wzoru omówionego w powyższym punkcie.
Po podstawieniu wartości we wzorze otrzymujemy dopuszczalne naprężenie zginające 66.67 MPa.
Cześć… Jestem Abhishek Khambhata, ukończyłem studia B. Tech w inżynierii mechanicznej. Przez cztery lata mojej inżynierskiej pracy projektowałem i latałem bezzałogowymi statkami powietrznymi. Moją mocną stroną jest mechanika płynów i inżynieria cieplna. Mój projekt na czwartym roku polegał na zwiększeniu wydajności bezzałogowych statków powietrznych przy użyciu technologii słonecznej. Chciałbym nawiązać kontakt z ludźmi o podobnych poglądach.
Witam Cię, Drogi Czytelniku,
Jesteśmy małym zespołem w Techiescience, ciężko pracującym wśród dużych graczy. Jeśli podoba Ci się to, co widzisz, udostępnij nasze treści w mediach społecznościowych. Twoje wsparcie robi wielką różnicę. Dziękuję!