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材料安全设计准则

材料安全设计准则

1. 变形准则(deformation  criterion)

构件在载荷作用下产生一定量的弹性变形。载荷过大时,就会产生过量变形,甚至翘曲,导致其失去应有的功能而失效。因此,材料变形必须限制在弹性范围内。

F/EA = ε < [ε]        

其中,[ε]为允许的弹性应变值,是一个除上安全系数ns的值。

 2. 刚度准则(stiffness  criterion)

刚度准则要求构件在载荷作用下产生的弹性变形量不超过其允许的变形值。

刚度准则的表达式是:

                        δi <  [δi ]

                        θi < [θi]                   

                        φi <  [φi]

式中,i= x,  y,  z ;δi,  θi , φi分别是构件的挠度、偏转角和扭转角;  [δi ]、[θi]、 [φi]分别是相应变量下除以各自的安全系数值下所允许的挠度、偏转角和扭转角。 

●  解决方法   

增大材料的刚度(stiffness)的方式有:提高弹性模量E及剪切模量G、 增加横截面面积A、改变截面形状或降低载荷F。注意:刚度是材料的宏观性质,弹性模量是材料的微观性质。

3. 强度准则(strength criterion)

当材料承受的外加应力小于许用应力[σ](allowable stress)时, 材料是安全的,否则将不安全。

●  强度设计准则:  σ< [σ]               

                            

                 

其中, [σ] 取二者中的最小者,ns、nb分别为设计时屈服强度和抗拉强度的安全系数,分别取1.5 和 3。

●  解决方法   

提高材料强度等级,如碳钢材料更换为低合金钢材或外力变小或改变应力集中的位置等。


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