Question

为什么不能将材料破坏时的极限应力作为容许应力

Answer 1

问：为什么不能将材料破坏时的极限应力作为容许应力

答：安全系数（factor of safety）是工程结构设计方法中用以反映结构安全程度的系数。安全系数是进行土木、机械等工程设计时，为了防止因材料的缺点、工作的偏差、外力的突增等因素所引起的后果，工程的受力部分理论上能够担负的力必须大于其实际上担负的力，,即极限应力与许用应力之比，二者之比叫做安全系数。即安全系数=极限应力/许用应力对于钢丝绳、吊装带等索具的安全系数计算方法，则为：安全系数=最小破断拉力/额定载荷但是对于上述安全系数中，极限应力与许用应力，最小断裂拉力与额定载荷之间的关系到底是什么呢？在“安全系数=极限应力/许用应力”中，极限应力指的是材料发生破坏，丧失其功能时的应力值，对于塑性材料，当其达到屈服而发生显著的塑性变形时，即丧失了正常的工作能力，所以通常取屈服极限作为极限应力；对于无明显屈服阶段的塑性材料，则取对应于塑性应变为0.2%时的应力为极限应力。对于脆性材料，由于材料在破坏前都不会产生明显的塑性变形，只有在断裂时才丧失正常工作能力，所以应取强度极限为极限应力。许用应力=极限应力/安全系数，而安全系数大于1，所以许用应力一定是小于极限应力的，即极限应力是100N的话表示材料发生损坏的极限受力是100N，取安全系数=2的话，许用应力即为50N，所以材料考虑安全系数后的许用应力是50N，即在选用这种材料时，工作载荷不能超过50N；既然许用应力与安全系数有关系，为什么很多材料查手册时都有给定了许用应力呢？极限应力是试验得出的数据，而许用应力则一般是由国家工程主管部门根据安全和经济的原则，按材料的强度、载荷、环境情况、加工质量、计算精确度和零件或构件的重要性等加以规定。对于钢丝绳、吊装带等索具的最小破断拉力与额定载荷之间的关系跟上述是类似的，只是对应的额定载荷并不由国家直接规定，而是根据相应行业规范选取相应的安全系数，进行计算许用额定载荷后，与实际计算的工作载荷进行对比，满足使用条件才算合格。