Техника - молодёжи 1937-11-12, страница 48

Тука, будет расти и деформация." Положим, что мы довели нагрузку до 14 кг, тогда окажется, что после снятия нагрузки не вся деформация пружины исчезнет, — часть ее останется. Пружина, даже без груза, будет длиннее, чем до нагрузки, пружина «вытянется». Вот такая деформация и называется остаточной. Если и дальше увеличивать нагрузку, приходящуюся на пружину, то деформация ее будет непрерывно расти, она будет «вытягиваться» все больше и в конце концов лопнет.

Появление остаточной деформации — явление недопустимое. В самом деле, представим себе ствол орудия диаметром в 150 мм. В ствол ввели снаряд, орудие выстрелило. Развившиеся при выстреле пороховые газы действуют на стенки ствола и на дно снаряда. Снаряд плотно прилегает к стенкам, и поэтому пороховые газы вытолкнут его по нарезке из ствола, сообщив ему при этом нужную скорость. Но одновременно пороховые газы действовали и на стенки орудия, вызывая их деформацию. Если деформация эта оказалась упругой, то после выстрела она исчезнет, и внутренний диаметр ствола будет по-прежнему равен 150 мм. Но представим себе, что деформация останется и после выстрела, диаметр ствола орудия сделается равным 1151 мм. В этом случае новый выстрел произвести нельзя, так как между снарядом и стенками образуется зазор, в который и пройдут пороховые газы. Снаряд не будет выброшен, и в момент такого выстрела возможен разрыв орудия.

Но нам известно, что остаточную деформацию вызывает сила, больше какой-то определенной для данного сооружения величины. Следовательно, чтобы такой деформации не было, действующие на сооружение силы не должны быть чрезмерно велики. Таким образом, определяя размеры сооружения, необходимо выбрать их так, чтобы сооружение это не разрушилось и возникающие в нем деформации были малыми и упругими, исчезающими.

Разберем, что происходит в теле при действии нагрузки.

Современная физика предполагает, что между мельчайшими частицами вещества действуют внутрен--'ние междучастичные силы притяжения-отталкивания. Эти внутренние силы и есть силы упругости. Схематично действие этих сил можно представить так, что две частицы 1 и II соединены резинкой, стремящейся их сблизить, и между ними вставлена пружина, стремящаяся их разъединить. Когда на тело не действуют внешние силы, растягивающая сила пружины уравновешивает-

раостоянии друг от друга. Но представим себе, что к частице II мы Приложили внешнюю силу Р, действующую подобно резинке.

Сила в пружине могла противодействовать только силе в резине и не сможет противодействовать силе в резине плюс сила Р. Частицы начнут сближаться, начнется деформация. Убрав силу Р, мы снова приведем частицы в прежнее положение (случай упругой деформации), если только сила Р не нарушит систему резинки-пружины. Если сила эта повредит пружину или резину, то частицы не вернутся на прежнее место, т. е. в теле возникнет деформация остающаяся, или пластическая.

Представим себе теперь, что сила Р раздвигает частицы. Тогда резина не сможет уравновесить силу, действующую в пружине, плюс сила Р, расстояние между частицами станет возрастать, натяжение в резине будет увеличиваться, и . в конце концов резина лопнет, т. е. связь между частицами будет нарушена. Тело разрушится. Резюмируем изложенное'. Между частицами упругого тела действуют силы упругости.

Силы эти проявляются при действии внешних сил, вызывая относительные перемещения частиц — деформацию.

Пока внутренние силы упругости противодействуют внешним силам, уравновешивают их, разрушения не происходит.

Внутренние силы упругости не могут достигать беспредельной величины, а имеют определенный для данного материала предел. Когда этот предел перейден, наступает разрушение.

Мы видим, что величина внутренних сил упругости имеет важнейшее значение для судьбы стержня. Суммарная величина их должна равняться силе Р, но удобнее изучать эти силы не суммарно, а относя их к единице площади поперечного сечения. Величину сил упругости, приходящихся на единицу площади поперечного сечения, на-" зывают напряжением. Очевидно, ее можно выразщъ формулой:

Р (вся сила) напряжение з == .

1Юго сечения) Значит, для случая. растяжения стержн^ по этой формуле мы легко можёй узнать величину напряжения, возникающего при действии силы х- Формула эта показывает, что, изменяя площадь поперечного сечения, мы можем получить произвольное значение напряжения. Чем больше площадь поперечного сечения, тем, при прочих равных условиях, меньше напряжение. Те-

безопасно выдержать деталь из данного материала. Для _:этой цели производят испытание материала на разрыв с помощью специальных машин, растягивающих испытуемый образец со все увеличивающейся силой. При определенной величине растягивающей силы образец разрывается. Сила эта нам известна, Из вестна и величина площади попереч ного сечения образца. Разделив си лу на площадь, мы и получим напряжение, при котором образец разрушился. Напряжение, при котором материал разрушается, называ ют временным сопротивлением ма териала, о временное.

Значения этой величины извест ны для всех употребляемых в технике материалов.

Но в материале допускают напряжение в несколько раз меньше разрушающего (примерно в 3—4 раза), так что между допускаемым напряжением и напряжением разрушающим существует соотношение:

с временное я допускаемое —--------,

где п —коэфициент безопасности, принимаемый в пределах от 3 до 4.

Выведение коэфициента безопасности страхует от случайных повышений нагрузки и недостатков в материале, не известных заранее (пороки дерева, раковины в металле и т. п.). Англичане называют величину п коэфициентОм незнания, справедливо отмечая, что чем хуже мы знаем условия работы рассчитываемого сооружения, чем меньше изучили материал, тем большей приходится брать величину я. За последние годы у нас в стране в, результате крупного строительного опыта и работы исследовательских учреждений удалось значительно снизить этот коэфициент.

Зная величину допускаемого напряжения для данного материала, мы подбираем.по первой формуле ; такую площадь сечения, которая обеспечивает нужную прочность стержня.

Остается вопрос о деформациях. Допускаемое напряжение устанавливается таким, чтобы соответствующая ему деформация была исчезающей, т. е. упругой, а потому и допустимой. Напомним, что по закону Гука между деформацией и силой, а следовательно и напряжением, существует вполне опреде--. ленная связь.

Тут приведен самый простейший случай расчета из области сопротивления материалов, но случай этот чрезвычайно типичен, а прин-' ципы, положенные в основу его, абсолютно общи.

В более сложных случаях применяются более сложные формулы и методы расчета.

46