Принципы рационального выбора материала

Выбор стали зависит от условий эксплуатации конст­рукции, тех критериев работоспособности и долговечности, которые оказались определяющими при выбо­ре сечений, а также специальных требований, связанных с особенностями конструкции. Кратко перечислим связь критериев работоспособности со свойствами стали.

1) В условии прочности фигурирует предел текучести, следовательно, чем более прочная сталь выбрана, тем при меньшем сечении и меньшей металлоемкости будет выполнено это условие.

2) Сопротивление хрупкому разрушению зависит от свойств материала и требует выбора стали, сохраняющей достаточную пластичность при самых низких температу­рах эксплуатации.

3) Условие жесткости накладывает ограничение на прогиб конструкции, зависящий только от модуля упругости, который одинаков для всех сталей.

4) Сопротивление усталости для большинства конструкций не зависит от свойств стали (зависит от качества сварных швов, концентрации напряжений и т.п.).

5) Условие устойчивости (общей и местной) связано толь­ко с модулем упругости стали, следовательно, не зависит от ее марки и прочностных характеристик.

6) Сопротивление коррозионному повреждению зависит от химического состава стали, однако основным способом защиты являются конструктивно-технологические меро­приятия.

Таким образом, выбор марки стали влияет только на выполнение условий «1» и «2». Что касается выбора ста­ли из условия прочности, то решение этого вопроса во мно­гих случаях имеет в основном экономическое значение. Прочность большинства конструкций можно обеспечить, изготавливая их почти из любой стали [соколов]. Поэтому эффек­тивность снижения металлоемкости за счет применения более прочной и, следовательно, более дорогой стали в каж­дом конкретном случае должна быть подтверждена эко­номическим анализом, в котором учитывается специфика конструкции, фактические цены на материал, затраты на производство и пр. По оценкам, выполненным для строи­тельных конструкций, относительная стоимость 1 т конст­рукции φ_р = Р/Р_Ст3 в зависимости от ее предела текучести (σ_т) растет несколько медленнее, чем относительная проч­ность стали σ_т = σ_т/σ_тСт3 (в знаменателях стоят показате­ли стоимости и прочности конструкции из стали Ст3. Наиболее эффективно применение сталей вы­сокой прочности для мобильных кранов легкого режима работы со стреловой системой большого вылета, а также для конструкций, которые в значительной степени загру­жаются собственным весом.

Наибольшее значение выбор сталей имеет для обеспе­чения хладостойкости конструкции при минимальной тем­пературе эксплуатации. Решение этого вопроса нормиро­вано, так как ошибка ведет к сни­жению надежности и безопасности конструкции. Приве­денная в этих документах информация позволяет, зная минимальную температуру эксплуатации и максимальную толщину элементов конст­рукции, выбрать марку ста­ли для ее изготовления или ремонта.