Запас прочности
Временное сопротивление материала — это та предельная нагрузка, при которой наступает разрушение. Но ведь изделие, которое будет изготовлено из этого материала, разрушаться не должно! Чтобы этого не случилось, оно должно обладать необходимым запасом прочности. Чтобы создать такой запас, гарантирующий сохранность изделия при работе, конструктор при расчете должен допускать в его элементах напряжение, которое значительно меньше предела прочности материала.
Число, показывающее, во сколько раз допущенное в конструкции напряжение меньше предела прочности материала, называется коэффициентом запаса прочности. Его величина зависит от условий работы конструкции и от того, насколько опасны последствия разрушения ее элемента.
Что, например, может случиться, если сломается крючок вешалки, на котором висит пальто? Ничего особенного: поднимешь пальто, почистишь и повесишь на другой крючок. А что произойдет, если оборвется предохранительный пояс, который удерживает верхолаза, выполняющего работу на верхушке мачты электропередачи, или же не выдержат нагрузки стропы парашюта в момент его раскрытия? Произойдет страшное: и верхолаз, и парашютист погибнут. Поэтому крючок вешалки достаточно рассчитать на статическую нагрузку, лишь не намного превышающую вес пальто, а предохранительный пояс и детали парашюта — на динамическую нагрузку, значительно превышающую средний вес человека и падающего вместе с ним снаряжения.
В тех случаях, когда недостаточная прочность изделия или какой-либо из его частей может привести к авариям, предварительная проверка только материала и отдельных элементов конструкции недостаточна, и тогда приходится испытывать все изделие целиком. Для такого испытания изготавливается опытный образец конструкции в натуральную величину или его точная, но уменьшенная копия — модель. Испытание проводится так, чтобы каждый элемент конструкции подвергался действию нагрузок, значительно превышающих те, которые будет испытывать этот же элемент при работе в обычных для конструкции условиях. Например, при испытании моста на него завозят и ставят вплотную, колесо к колесу, десятки большегрузных автомобилей. В процессе же эксплуатации мост испытывает нагрузку в несколько раз меньшую, так как расстояние между идущими через мост машинами всегда намного больше, а вес у большинства из них гораздо меньше. Парашют же вначале испытывают, сбрасывая на нем по многу раз с самолета манекен, вес которого значительно больше веса человека.
Проверка самолета предварительно производится в аэродинамической трубе. Внутри ее закрепляют модель самолета и мощными вентиляторами разгоняют обтекающий ее воздух до нужной скорости. Если модель испытания не выдержит и разрушится, то в конструкцию будут внесены необходимые изменения за счет увеличения прочности отдельных ее элементов. Когда же будет достигнута необходимая прочность модели, конструкторы произведут соответствующий перерасчет размеров каждой детали и будет изготовлен опытный образец самолета в натуральную величину. Его много раз будут испытывать сначала на земле, а затем в воздухе, выбирая наиболее трудные условия. Производить испытание будут опытнейшие летчики-испытатели, а вместо пассажиров в салонах будут размещены мешки с песком и контрольные приборы. Испытатели будут вводить самолет в грозовые тучи, выключать в полете часть двигателей, сажать самолет с одним выпущенным шасси и с убранными шасси, не на колеса, а на «брюхо», то есть в условиях наиболее тяжелого полета и вынужденной посадки.
Все конструкции, разрушение которых в процессе работы может поставить под угрозу жизнь людей, наделяются повышенным коэффициентом запаса прочности. Таковы все виды транспортных и подъемных машин, жилые здания и т. д. Например, трос, на котором подвешена кабина лифта, рассчитан так, чтобы выдержать 14-, а то и 20-кратную перегрузку. Это, естественно, вызывает добавочный расход материала. Но речь ведь идет о безопасности людей!..
