Выбор материала конструкции. Критерии удельной прочности
Выбор материала как определяющий фактор совершенства создаваемой конструкции. Материалы, используемые в авиастроении. Критерии способности элементов конструкции работать на различные виды нагружения. Механические свойства композиционных материалов.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.03.2018 |
| Размер файла | 43,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.Allbest.ru/
Выбор материала конструкции. Критерии удельной прочности
План:
1. Факторы выбора материала
2. Материалы, используемые в авиастроении
3. Композиционные материалы
1. Факторы выбора материала
При создании новой конструкции одним из определяющих факторов, влияющих на ее совершенство, является правильный выбор материала. При выборе материала необходимо учитывать:
1) его стоимость;
2) возможность применения в технологических процессах, необходимых для изготовления детали заданной конфигурации и габаритных размеров;
3) степень освоения технологических процессов обработки данного материала;
4) возможность использования данного материала в условиях эксплуатации будущей конструкции;
5) удельные прочностные и жесткостные характеристики;
6) усталостные характеристики материала, определяемые скоростью наступления и распространения усталостных разрушений.
Установлено, что материалы по-разному работают на разные виды нагружения и деформации. Одни материалы хорошо работают на растяжение, другие - на продольный изгиб, третьи - на сдвиг. Критерием, оценивающим способность того или иного элемента конструкции работать на данный вид нагружения, является коэффициент его удельной прочности. При нормальной температуре коэффициенты удельной прочности для различных видов нагружения имеют вид:
- растяжение и чистое сжатие; - продольный изгиб; - поперечный изгиб; - сдвиг, где в - временное сопротивление; Е - модуль упругости; в - временное сопротивление сдвигу.
Эти коэффициенты используются при проектировании конструкции минимальной массы, работающей на данный вид нагружения.
В качестве примера приведем расчет элемента, работающего на растяжение, по критерию удельной прочности. На элемент конструкции длиной l (рис. 1) действует растягивающая сила Р. Определим потребную площадь сечения F из условия сохранения работоспособности конструкции до разрушения F = P/в. Массу элемента в этом случае можно вычислить по формуле
m = Fl = lP(1/в) = Pl/,
где = в/ - коэффициент удельной прочности.
Тогда mmin=Pl/max, т.е. для уменьшения массы стержня надо выбирать материал с наибольшим значением коэффициента удельной прочности.
Размещено на http://www.Allbest.ru/
Рис. 1. Стержень, работающий на растяжение
Необходимо учитывать, что при повышенных температурах коэффициенты удельной прочности требуют корректировки.
При расчете самолетных конструкций на прочность принято, что при эксплуатационной нагрузке напряжение в конструкции не должно превышать 0,2, т.е. при nэ напряжение составляет 0,2; при разрушающей нагрузке n=nэf напряжение равно в, где f - коэффициент безопасности, равный в/0,2; n и nэ - соответственно коэффициенты эксплуатационной и расчетной перегрузок. Для большинства авиационных материалов в/0,2 = 1,5. С повышением температуры в и 0,2 у многих материалов изменяются различно. Поэтому при сравнении таких материалов по критериев удельной прочности коэффициент надо заменять на , где - значение при данной температуре; - условное значение разрушающего напряжения. Еще одним важным критерием при выборе материала конструкции является его сопротивление усталости, характеризующее скорость появления разрушений при циклическом нагружении, а также скорость распростронения появившихся трещин. Сопротивление усталости характеризуется кривой Веллера (рис. 2), показывающей зависимость от числа циклов нагружения. Коэффициент -1/ (где -1 - предел выносливости при изгибе при симметричном цикле нагружения гладкого образца) необходимо учитывать при выборе материала для конструкций, подвергающихся действию циклических нагрузок.
Рис. 2. Кривая Веллера
2. Основные металлические материалы, применяемые в авиастроении
композиционный материал конструкция авиастроение
При проектировании элементов конструкций, работающих в условиях кинетического нагрева, большое значение придаётся ползучести материала, характеризуемой критериями 0,2/100 и 0,2/100/, где 0,2/100 - предел ползучести при высоких температурах (напряжение, вызывающее деформацию 0,2% за 100 ч). Материал, выбранный по критерию удельной прочности, еще полностью не характеризует массу будущей конструкции, так как необходимо учитывать ряд технологических ограничений, не позволяющих использовать полученные по расчету сечения, это ограничения по допускаемой толщине обшивки - сортамент листов, сортамент профилей, допускаемые толщины литых и штампованных деталей и т.д.
Не во всех случаях материал конструкции выбирают из условия прочности. Существует большое число (до 30%) малонагруженных элементов, таких, как часть поперечного набора у концов крыла и оперения, различные детали оборудования и др. Если эти элементы выполнять из высокопрочных материалов, то потребные сечения могут оказаться столь малыми, что их по технологическим соображениям невозможно изготовить. Для этих элементов надо применять легкие алюминиевые и магниевые сплавы. Материал конструкции существенно влияет на ее массу, стоимость и технологичность. Учесть при выборе материала все эти факторы конструктору помогает его практический опыт. Перечень основных материалов, применяемых в авиастроении приведен в таблице 1. В самолетостроении достаточно широко используют неметаллические материалы - для носовых радиопрозрачных коков, остекления кабины, тепло- и звукоизоляции, для разного рода прокладок и уплотнений и т. п.
3. Композиционные материалы
В последнее десятилетие в мировом авиастроении ведутся широкие исследования по созданию композиционных материалов (КМ) и конструкций из них. Композиционный материал - это материал, состоящий из высокопрочных волокон, уложенных в определенном направлении, и матрицы, являющейся связующей для этих волокон (рис. 3). В качестве наполнителей могут быть использованы волокна таких высокопрочных материалов, как углерод, бор, кремний, графит, бериллий и др., в качестве связующего - синтетические смолы или сплавы металлов. Соотношения между объемами наполнителя и матрицы могут быть различными, так же как и расположение волокон относительно осей Оу и Ог. В соответствии с этим изменяются механические свойства КМ. Изотропности в КМ добиться очень трудно, почти невозможно, но это и не требуется, так как волокна располагают в направлении основных усилий. Поскольку КМ обладают высокой прочностью и жесткостью при малой массе, то их применение весьма перспективно как для силовых, так и для несиловых элементов конструкции. Пока их широкому применению препятствуют высокая стоимость и отсутствие опыта проектирования. Особую сложность вызывают стыковые соединения конструкций из КМ. Но малая масса и большая надежность подобных конструкций позволят широко их применять в дальнейшем. В настоящее время проводятся опытные работы по внедрению КМ в самолето- и двигателестроении. Отдельные конструктивные элементы из КМ уже используются на некоторых отечественных и зарубежных самолетах.
Рис. 3. Образец из композиционных материалов
Ключевые слова и выражения
Нагружение и деформация материала, коэффициент удельной прочности, растяжение, сжатие, изгиб, сдвиг, модуль упругости, характеристики прочности и пластичности, усталостная прочность, скорость распространения и развития трещин, ползучесть, циклическое нагружение, ограничения по допускаемой толщине обшивки, малонагруженные элементы, композиционные материалы, технологичность конструкции.
Контрольные вопросы
Какие факторы необходимо учитывать при выборе материала конструкции?
Что является критерием способности элемента конструкции работать на данный вид нагружения?
Перечислите различные виды коэффициента удельной прочности при различных видах нагружения.
Какие ограничения необходимо учитывать при выборе материала?
Что необходимо учитывать при выборе материала для малонагруженных элементов?
Назовите материалы, используемые в современных самолетах.
Что такое композиционный материал?
От чего зависят механические свойства композиционных материалов?
В чем преимущества композиционных материалов?
Литература
Литература
Войт Е.С., Ендогур А.И., Мелик-Саркисян З.А., Алявдин И.М. Проектирование конструкций самолетов. М.: Машиностроение, 1987. стр. 12-14.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Производство изделий из композиционных материалов. Подготовительные технологические процессы. Расчет количества армирующего материала. Выбор, подготовка к работе технологической оснастки. Формообразование и расчет штучного времени, формование конструкции.
курсовая работа [457,2 K], добавлен 26.10.2016Выбор материала конструкции, сварочных материалов, оборудования и инструментов. Организация рабочего места. Изучение технологической схемы изготовления конструкции. Деформации и напряжения при сварке. Контроль качества сварных соединений конструкции.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 21.01.2015Материалы для картонной тары. Выбор упаковочного материала и конструкции. Характеристики готовой тары, ее унификация. Производство картонной коробки. Новизна конструкции, нанесение печати на картонную тару. Графическое решение художественного оформления.
курсовая работа [3,6 M], добавлен 27.07.2012Анализ технологичности конструкции детали "вал". Расчет коэффициента использования материала, унификации элементов конструкции. Выбор технологических баз токарных операций. Разработка и обоснование маршрута изготовления детали. Выбор модели станка.
контрольная работа [55,5 K], добавлен 04.05.2013Описание и назначение конструкции "корпус питателя". Выбор материала для сварной конструкции, оборудования и инструментов. Обоснованный выбор способа сварки с учетом современных технологий. Технология изготовления и контроль качества сварной конструкции.
курсовая работа [460,8 K], добавлен 29.05.2013Описание конструкции самолета АН-148, его узлы. Прочностной расчет конструкции панели сопла гондолы двигателя, схема его нагружения. Технологический процесс приготовления связующего ЭДТ-69Н. Экономический эффект от внедрения композиционных материалов.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 13.05.2012Критерии выбора материала исследования. Выбор моделей из предложенного материала. Основные характеристики свойств исследуемой ткани. Конструкторско-технологические, гигиенические и эстетические требования. Чистка и хранение швейных изделий и материалов.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 22.06.2009Основные критерии классификации стальной балки. Анализ технологичности конструкции сварного узла. Расчет размеров двутавровой балки. Технические условия на изготовление сварного узла. Выбор основного и сварочного материала, вида сварки и оборудования.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.05.2016Характеристика металла конструкции из стали 09Г2С: химический состав и механические свойства. Выбор сварочных материалов и оборудования. Методика расчета режимов механизированной сварки. Подготовка металла под сварку. Дефекты и контроль качества швов.
курсовая работа [161,4 K], добавлен 14.05.2013Способы совершенствования сварочного производства применительно к сварной конструкции штуцера 20-150. Анализ конструкции изделия на технологичность. Обоснование выбора материала. Анализ характера конструкции изделия и выбор неразъемных соединений.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 15.07.2015Назначение, описание, условия работы сварной конструкции. Обоснование материала сварной конструкции. Технологичность сварной конструкции. Критический анализ существующего на предприятии технологического процесса. Планировка участка цеха, выбор транспорта.
курсовая работа [149,6 K], добавлен 14.06.2009Описание сварной конструкции (фермы), ее назначение и обоснование выбора материала. Выбор и обоснование методов сборки и сварки, ее режима. Расчёт количества наплавленного металла, расхода сварочных материалов, электроэнергии. Методы контроля качества.
курсовая работа [512,7 K], добавлен 03.03.2015Служебное назначение детали "рычаг", выбор и свойства материала изделия. Анализ технологичности конструкции. Содержание и последовательность технологических операций. Описание конструкции; расчет станочного приспособления, протяжки и калибра шлицевого.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 22.02.2015Современная наука о прочности, ее цели и задачи, основные направления. Классификация тел (элементов конструкции) по геометрическому признаку. Модель нагружения. Внутренние силовые факторы в поперечном сечении стержня. Перемещения и деформации, их виды.
презентация [5,0 M], добавлен 10.12.2013Выбор материала, применяемого при выполнении сварной конструкции "Балка двутавровая". Выбор метода сварки, сварочного оборудования и оснастки. Подготовка металла под сварку. Техника сварки конструкции "Двутавровая балка". Характеристика возможных дефектов
курсовая работа [1,7 M], добавлен 08.12.2014Наименование и назначение проектируемого изделия. Основные требования к материалам. Технологические и механические свойства тканей. Выбор системы конструирования одежды. Обоснование прибавок на свободное облегание. Построение чертежей базовой конструкции.
курсовая работа [56,7 K], добавлен 14.01.2014Требования к подбору материалов и их выбор для проектирования. Выбор метода конструирования, расчет базовой конструкции модели. Выполнение раскладки лекал. Разработка технической документации на модель, градационных чертежей лекал базовой конструкции.
дипломная работа [154,4 K], добавлен 23.11.2011Определение нагрузок, действующих на основные элементы конструкции. Размеры поперечных сечений элементов конструкции. Обоснование способа сварки, используемых материалов, режимов производства, типа разделки кромок. Анализ и оценка прочности сварных швов.
контрольная работа [119,5 K], добавлен 08.03.2015Выбор пакета материалов, применяемых при изготовлении изделия. Расчет и построение чертежа конструкции модели. Нормирование расхода материала, выполнение раскладки лекал. Выбор режимов и методов обработки, оборудования, средств технологической оснастки.
методичка [1,6 M], добавлен 18.08.2010Разработка варианта конструкции фюзеляжа самолета легкого типа из полимерных композиционных материалов и обоснование принятых решений расчетами. Технологический процесс изготовления конструкции. Анализ дефектов тонкостенных деталей трубопроводов.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 11.02.2015
