В результаті випробувань на розтяг (стиск) можна отримати основні дані про механічні властивості матеріалу. Розглянемо, як можна отримані результати застосувати в практичних розрахунках інженерних конструкцій на міцність.
Деталі машин і інших конструкцій повинні відповідати умовам міцності і жорсткості. Розміри деталей необхідно підбирати такими, щоб під дією прикладених навантажень вони не руйнувалися і не отримували деформацій, які перевищують допустимі. У більшості деталей машин залишкові деформації, як правило, не допускаються.
Помітні залишкові деформації з'являються в пластичних матеріалах, коли напруги досягають межі текучості. Руйнування наступає, коли напруги досягають величини межі міцності; при цьому деформації крихкого матеріалу можуть бути незначними.
Отже, для деталей, виготовлених з пластичного матеріалу, небезпечною напругою можна вважати межа плинності; для деталей з крихкого матеріалу - межа міцності.
Природно, що ці напруги не можуть бути прийняті в якості допускаються. Їх слід зменшити настільки, щоб в експлуатаційних умовах діючі напруги завжди були менше межі пропорційності.
Таким чином, напруга, що допускається може бути визначено за формулою:
де - небезпечне (граничне) напруження
- нормативний коефіцієнт запасу міцності (тобто приписуваний нормами проектування і конструювання).
Вибір величини коефіцієнта запасу міцності залежить від стану матеріалу (крихке або пластичне), характеру прикладання навантаження (статична, динамічна або повторно-змінна) і деяких загальних факторів, що мають місце в тій чи іншій мірі у всіх випадках.
До цих факторів належать:
1. Неоднорідність матеріалу і, отже, відмінність його механічних характеристик в зразках і реальних деталях.
2. Неточність завдання величин зовнішніх навантажень.
3. Наближеність розрахункових схем і деяка наближеність розрахункових формул.
4. Облік конкретних умов роботи розраховується конструкції.
5. Метод визначення напружень (ступінь точності цього методу).
6. Довговічність і значимість проектованого споруди або машини.
Ці чинники враховує коефіцієнт запасу міцності. який іноді називають основним.
Коефіцієнт визначається дослідним шляхом.
У кожній області техніки вже склалися свої традиції, свої вимоги, свої методи і специфіка розрахунків, відповідно до яких і призначається коефіцієнт запасу міцності.
Величина нормативного коефіцієнта запасу міцності регламентується для будівельних конструкцій - СНиП, для машинобудівних - внутрішньогалузевими заводськими нормами.
Величина запасу міцності залежить від того, яка напруга вважається небезпечним.
Для пластичних матеріалів в разі статичного навантаження небезпечною напругою, як уже сказано слід вважати межу текучості, тобто
де - коефіцієнт запасу міцності по відношенню до межі плинності.
На підставі даних тривалої практики конструювання, розрахунку та експлуатації машин і споруд, величина коефіцієнта запасу міцності для сталей при статичному навантаженні приймається рівною.
Для крихких матеріалів при статичних навантаженнях небезпечна напруга - межа міцності, тобто
де - коефіцієнт запасу міцності по відношенню до межі міцності.
Величину коефіцієнта запасу міцності для крихких матеріалів зазвичай приймають рівною від. Допустимі напруги, одержувані за цією формулою, зазвичай називають основними допускаються напруженнями в зв'язку з тим, що межа міцності визначити простіше, ніж межа плинності.
Тому іноді і для пластичних матеріалів при визначенні допустимих напружень виходять з величини межі міцності, користуючись формулою:
У цьому випадку, з огляду на, що перевищує на 50-70%, коефіцієнт запасу міцності для пластичних матеріалів приймають рівним.
Розрахунок на міцність по напрузі, що допускається передбачає вибір нормативного коефіцієнта запасу міцності. який вибирається з таблиць, що складаються на підставі великого числа експериментальних досліджень.
Однак іноді розміри конструкції або деталі вже відомі (задані з експлуатаційних або інших вимог).
В цьому випадку розрахунковим шляхом визначають фактичний коефіцієнт запасу міцності. Для цього розраховують в небезпечному перерізі деталі
і, знаючи для матеріалу деталі максимальне напруження або. визначають фактичний коефіцієнт запасу:
- для тендітних матеріалів
- для пластичних матеріалів
Потім розрахунковий і нормативний коефіцієнти порівнюють між собою, і дається висновок про працездатність конструкції.
Вибір величини допустимих напружень дуже важливий, тому що від правильного встановлення їх значень залежать міцність і безпеку конструкцій, що проектуються, а також економічність розрахунку.
Орієнтовні величини основних допустимих напружень, прийняті в даний час для найбільш поширених матеріалів, наводяться в довідковій літературі.
Кінцевою метою розрахунку будь-якої конструкції є використання отриманих результатів для оцінки придатності цієї конструкції до експлуатації при мінімальних витратах матеріалу.