О точности расчетов на прочность

 

Любой рациональный подход к вопросам прочности и надежности требуетот инженера умения предсказать с достаточной точностью прочность предлагаемойим новой конструкции, даже если он толком не знает, на сколько времениэтой прочности хватит. Как мы видели в гл. 3, прочность таких простых конструкций,как канаты, цепи, прямые колонны или балки, можно рассчитать достаточнонадежно. Но этого не получается в случае весьма сложных конструкций, таких,как самолеты и корабли, для которых вопросы прочности особенно важны. Зная,что имеется огромный опыт проектирования различных сооружений, что существуетобширная и математически изощренная литература на эту тему, что читаютсябесконечные лекции по теории конструкций, мы можем не поверить последнемуутверждению. Но это действительно так.

Рассмотрим, например, статистику прочности самолетов. Так как экономиявеса здесь очень важна, а последствия разрушения всегда ужасны, проектированиесамолетов, естественно, ведется со всей тщательностью. Дотошно проверяетсякаждая деталь. Чертежи и расчеты делают высококвалифицированные специалисты,используя при этом самые передовые научные методы.

После окончания работы все расчеты совершенно независимо проверяютсядругой группой специалистов. Таким образом, окончательные результаты настолькобезошибочны и точны, насколько это вообще в человеческих силах. Наконец,для полной надежности полномасштабная модель самолета испытывается на стендахдо разрушения.

За последние годы было разработано лишь несколько новых моделей самолетов,так что современные данные статистически недостоверны. Однако, когда самолетыбыли проще и дешевле, сравнительно большое число моделей разрабатывалосьпо крайней мере до стадии опытного образца. В Англии между 1935 и 1955 гг. было построено и испытано на прочность около ста типов самолетов. Поэтомурезультаты, полученные в этот период, позволяют делать статистически достоверныевыводы.

Естественно, что величина требуемой прочности зависит от размеров и назначениясамолета. Однако можно сказать, что каждое конструкторское бюро стремится ктакой прочности, при которой самолет разрушится только при нагрузке,составляющей 120% от предельной эксплуатационнойнагрузки[127].

Если бы проектирование конструкций хоть сколько-нибудь походило на точнуюнауку, можно было бы ожидать, что результаты различных испытаний, нанесенныена график, или гистограмму, тесно соберутся вокруг величины, равной 120%от расчетной нагрузки, с очень небольшим разбросом. Другими словами, результатыдолжны изображаться узким "нормальным распределением", примерно таким,как показано на рис. 153. Однако известно, что в жизни ничего подобногоне происходит. Реальная гистограмма скорее похожа на рис. 154.

 

 

Рис. 153. Ожидаемое статистическое распределениевеличины разрушающей нагрузки самолета (схематическая диаграмма).

 

 

Рис. 154. Действительное распределение прочностисамолетов, испытанных на разрушение в течение 1935-1955 гг. (весьма приближенно).

Экспериментальная прочность оказывается почти равномерно распределенноймежду 50 и 150% от требуемой расчетной нагрузки. Поэтому можно утверждать,что даже наиболее выдающиеся конструкторы могут ошибиться в предсказаниипрочности самолета в 2-3 раза. Некоторые из испытанных самолетов имелименьше половины нужной прочности; некоторые были слишком прочны и поэтомуоказались значительно тяжелее, чем могли бы быть.

Что касается кораблей, то, оказывается, для них вообще не существуетданных, на которые можно было бы опереться, так как корабли почти никогдане подвергались испытаниям на разрушение в лабораторных условиях. Поэтомуневозможно сказать, хорошо или плохо делают свою работу конструкторы кораблей,по крайней мере в отношении расчетов на прочность. Однако, как мы виделив гл. 4, число аварий, вызванных конструктивными недостатками судов, весьмазначительно, и в настоящее время количество катастроф на тонно-милю, по-видимому,растет.

Что касается мостов, то расчеты на прочность здесь проще, чем в предыдущихслучаях, в основном благодаря более определенным нагрузкам. И все же количествоаварий современных мостов также довольно велико.

 

⇐ Предыдущая33343536373839404142Следующая ⇒

Поделиться: