材料的许用应力和安全系数

各种许用应力与抗拉强度、屈服强度的关系我们在设计的时候常取许用剪切应力，在不同的情况下安全系数不同，许用剪切应力就不一样。

校核各种许用应力常常与许用拉应力有联系，而许用材料的屈服强度（刚度）与各种应力关系如下：<一> 许用（拉伸）应力钢材的许用拉应力[δ]与抗拉强度极限、屈服强度极限的关系：1.对于塑性材料[δ]=δs /n2.对于脆性材料[δ]= δb /nδb ---抗拉强度极限δs ---屈服强度极限n---安全系数注：脆性材料：如淬硬的工具钢、陶瓷等。

塑性材料：如低碳钢、非淬硬中炭钢、退火球墨铸铁、铜和铝等。

<二> 剪切许用剪应力与许用拉应力的关系：1.对于塑性材料[τ]=0.6-0.8[δ]2.对于脆性材料[τ]=0.8-1.0[δ]<三> 挤压许用挤压应力与许用拉应力的关系1.对于塑性材料[δj]=1.5-2.5[δ]2.对于脆性材料[δj]=0.9-1.5[δ]注：[δj]=1.7-2[δ]（部分教科书常用）<四> 扭转许用扭转应力与许用拉应力的关系：1.对于塑性材料[δn]=0.5-0.6[δ]2.对于脆性材料[δn]=0.8-1.0[δ]轴的扭转变形用每米长的扭转角来衡量。

对于一般传动可取[φ]=0.5°--1°/m；对于精密件，可取[φ]=0.25°-0.5°/m；对于要求不严格的轴，可取[φ]大于1°/m计算。

<五> 弯曲许用弯曲应力与许用拉应力的关系：1.对于薄壁型钢一般采取用轴向拉伸应力的许用值2.对于实心型钢可以略高一点，具体数值可参见有关规范。

盲板厚度计算公式是工程设计中非常重要的一个环节，因为盲板的厚度直接影响到设备的安全性能和使用寿命。

盲板厚度的计算需要根据不同的情境和需求进行，因此盲板厚度计算公式并不是唯一的。

在设计过程中，我们需要根据实际情况进行选择和调整。

在已知设计压力P、盲板直径D、材料许用应力和安全系数S的情况下，我们可以通过以下两个公式来计算盲板壁厚：
盲板壁厚= (PD)/(2σ*S )
或
盲板壁厚= (PD)/(2(σ-P)S)
其中，P为设计压力，D为盲板直径，σ为材料的许用应力，S为当地的安全系数。

这两个公式都是基于力学原理和材料力学的知识推导出来的，具有较高的准确性和可靠性。

另外，如果已知水压试验的压力P、盲板的最大直径D、盲板材料的抗拉强度标准值S，我们可以通过以下公式来计算盲板的最小厚度t：
t = PD/2S
这个公式是在特定的水压试验情境下使用的，适用于需要承受水压的盲板设计。

需要注意的是，以上内容仅供参考，在实际生产过程中，我们需要根据实际情况进行选择并计算，以确保结果准确。

同时，还需要考虑其他因素，如盲板的材质、工作环境等。

不同的材质和工作环境可能会对盲板的厚度产生影响，因此在设计过程中需要充分考虑这些因素。

总之，盲板厚度计算公式的选择和使用需要根据实际情况进行判断和调整，以确保设备的安全性能和使用寿命。

在实际应用中，我们需要综合考虑各种因素，并进行充分的实验和验证，以确保设计的可靠性和准确性。

许用应力安全系数n取值范围许用应力安全系数是指材料在使用过程中所允许的最大应力与材料屈服强度之比，通常用n表示。

在工程设计中，为了保证产品的稳定可靠性，许用应力安全系数的取值范围需根据实际情况进行选择。

一般来说，许用应力安全系数n的取值范围与产品所处的应用环境、材料性质、结构形式、载荷情况等因素有关。

在一些对稳定性要求较高的产品中，许用应力安全系数通常取值比较大，一般在2到4之间。

而在某些轻载、低费用、短寿命的产品中，许用应力安全系数则可以适量降低，但一般不低于1.5。

在实际应用中，需要综合考虑多种因素，通过合理的计算和分析来确定许用应力安全系数的取值范围。

同时也需要在产品设计和制造过程中进行严格的检测和测试，确保产品稳定可靠地运行。

许用应力等于屈服强度除以安全系数【导言】在工程设计和材料选择过程中，许用应力是一个至关重要的概念。

它不仅涉及到材料的性能和抗力能力，还与设计的安全性密切相关。

在本文中，我们将从许用应力的概念出发，深入探讨它与屈服强度、安全系数的关系，以及如何有效地应用于工程实践中。

【定义】许用应力，顾名思义，即允许材料在工作时所能承受的最大应力值。

它是根据材料的屈服强度和安全系数来确定的，通常表示为σ_allow。

许用应力的概念是为了保证材料在长期工作加载下不发生塑性变形和失效，同时保证结构和构件的安全运行。

【屈服强度】屈服强度是指材料在受到一定应力作用下开始产生塑性变形的应力值。

用σ_yield表示。

在材料的应力应变曲线中，屈服强度对应着材料从线性弹性阶段进入塑性变形阶段的临界点。

对于金属材料来说，屈服强度是一个重要的材料性能参数，直接关系到材料的可塑性和抗拉性能。

【安全系数】安全系数是指设计中为了保证结构的安全性和可靠性，在许用应力和材料屈服强度之间设置的一个比值。

常用符号为N_safety。

通过在设计中设置适当的安全系数，可以有效地避免结构或构件因过载或其它外部因素而发生塑性变形、破坏甚至垮塌。

【许用应力与屈服强度、安全系数的关系】根据许用应力的定义，我们可以得到以下等式：许用应力σ_allow = 屈服强度σ_yield / 安全系数N_safety即，许用应力是由材料的屈服强度除以安全系数得到的。

这种关系体现了对材料性能和结构安全的综合考虑，能够有效地指导工程设计和材料选择。

【应用实例】以一根直径为10mm、长度为1m的钢材为例，其屈服强度为250MPa，安全系数为2.5。

根据许用应力的计算公式，可得到该钢材的许用应力为100MPa。

这意味着在工程设计中，我们可以将该钢材在工作时的应力控制在100MPa以下，从而保证其安全可靠地运行。

【结论】许用应力的概念是工程设计中的重要内容，它不仅关乎材料的性能和抗力能力，还直接关系到结构和构件的安全性。

第四节 许用应力·安全系数·强度条件由脆性材料制成的构件，在拉力作用下，当变形很小时就会突然断裂，脆性材料断裂时的应力即强度极限σb ；塑性材料制成的构件，在拉断之前已出现塑性变形，在不考虑塑性变形力学设计方法的情况下，考虑到构件不能保持原有的形状和尺寸，故认为它已不能正常工作，塑性材料到达屈服时的应力即屈服极限σs 。

脆性材料的强度极限σb 、塑性材料屈服极限σs 称为构件失效的极限应力。

为保证构件具有足够的强度，构件在外力作用下的最大工作应力必须小于材料的极限应力。

在强度计算中，把材料的极限应力除以一个大于1的系数n （称为安全系数），作为构件工作时所允许的最大应力，称为材料的许用应力，以[σ]表示。

对于脆性材料，许用应力b b n σσ=][ （5-8）对于塑性材料，许用应力 s sn σσ=][ （5-9）其中b n 、s n 分别为脆性材料、塑性材料对应的安全系数。

安全系数的确定除了要考虑载荷变化，构件加工精度不同，计算差异，工作环境的变化等因素外，还要考虑材料的性能差异（塑性材料或脆性材料）及材质的均匀性，以及构件在设备中的重要性，损坏后造成后果的严重程度。

安全系数的选取，必须体现既安全又经济的设计思想，通常由国家有关部门制订，公布在有关的规范中供设计时参考，一般在静载下，对塑性材料可取0.2~5.1=s n ；脆性材料均匀性差，且断裂突然发生，有更大的危险性，所以取0.5~0.2=b n ，甚至取到5~9。

为了保证构件在外力作用下安全可靠地工作，必须使构件的最大工作应力小于材料的许用应力，即][max max σσ≤=A N （5-10）上式就是杆件受轴向拉伸或压缩时的强度条件。

根据这一强度条件，可以进行杆件如下三方面的计算。

1．强度校核 已知杆件的尺寸、所受载荷和材料的许用应力，直接应用（5-10）式，验算杆件是否满足强度条件。

2．截面设计 已知杆件所受载荷和材料的许用应力，将公式（5-10）改成][σN A ≥，由强度条件确定杆件所需的横截面面积。

许用应力不超过5%
许用应力是机械设计或工程结构设计中允许零件或构件承受的最大应力值，它是材料强度和安全系数的乘积。

如果许用应力不超过 5%，这意味着设计中使用的材料强度非常高，安全系数非常大，这样的设计可能会导致材料浪费和成本增加。

因此，在实际工程设计中，许用应力通常会根据具体情况进行合理的选择，以平衡材料的强度、安全系数和成本之间的关系。

一般来说，许用应力的选择应该考虑以下因素：
1. 材料的强度：材料的强度是许用应力的基础，应该根据材料的力学性能和使用条件来确定。

2. 安全系数：安全系数是为了保证设计的安全性而设置的，应该根据设计的要求和使用环境来确定。

3. 成本：许用应力的选择也应该考虑成本因素，过高的许用应力会导致材料浪费和成本增加。

因此，在实际工程设计中，许用应力的选择应该综合考虑材料的强度、安全系数和成本等因素，以达到最佳的设计效果。

Ⅷ-1产品设计制造检验自公司03年取得美国ASME U产品钢印和授权证书以来，公司已制造U钢印产品80余台，中圣在国际化道路上取得了长足的发展。

本次培训结合这些年的制造经历，并与GB-150进行比较，重点讲解Ⅷ-1有特色的部分内容。

1、许用应力及安全系数几十年来ASME规范按规则设计的安全系数一直取4.0，直到98版规范安全系数由4.0降为3.5，使材料许用应力提高12.5%。

材料的许用应力可以从第Ⅱ卷D篇中查取。

D篇有公制版和英制版两个版本。

表1A 对应铁基材料最大许用应力表1B 对应非铁基材料最大许用应力表3 对用螺栓材料最大许用应力D篇所列材料的排序按合金含量递增排列：碳钢——铬钼钢——不锈钢在同一“公称成份”以内，材料顺序按抗拉强度递增排序。

2、材料使用限制所有受压件材料都必须是ASME规范材料，且是Ⅷ-1卷表UCS-23、UHA-23或UNF-23中所列材料。

特殊情况下可选用Code Case材料。

非受压件材料可以选用其他国家标准材料，但要考虑可焊性。

焊接材料选用ASME规范、GB等材料均允许。

3、接头系数ASME规范Ⅷ-1关于接头系数的规定比GB和EN标准要复杂得多，也不易掌握。

UW-12关于接头系数的描述，归纳起来有以下要素：1) 接头系数取决于该接头的型式及探伤比例。

2) 接头型式有8种。

常用3种：1型双面对接、2型单面对接加垫板、3型单面对接不加垫板。

3) UW-12(d) 对无缝筒节环向应力计算或无缝封头厚度计算当符合UW-11(a)(5)(b)要求时E=1.0，不符合时，E=0.85。

4) C、D类角接头没有焊缝系数。

锥体与筒体连接＜30°为对接接头，否则为角接接头。

插HSB讲课幻灯片补充实例A：在运用UW-11(a)(5)(b)时注意：（1）无缝筒体与封头连接（2）有缝筒体与封头连接当（1）（2）中B缝进行抽拍RT时，封头壁厚计算E=1.0当半球形封头与筒体连接时图示所有焊缝均为Cat. A 故环焊缝也应100%RT，而按（1）（2）依据UW-11(a)(5)(b)则错，（UG-31）补充B：ASME换证产品储罐采用Spot RT设计要求人孔法兰与筒节焊缝应抽查RT，由于该接头无焊接系数，不需要RT。

许用应力和安全系数在前面我们已经研究了杆内的应力，通过以上几节我们又了解了材料的力学性能，在此基础上我们就可以讨论杆件的强度汁算问题。

先从杆的拉压(单向成力状态)时的强度问题开始研究。

由前面分析，已知杆在拉压时横截面上的应力为/N A σ=，此应力又称工作应力，它是杆件在工作时由载荷所引起的应力。

当杆件的尺寸已给定的情况下，它是随载荷的增大而增长的，但这种工作应力的增长将受到材料力学性能的限制。

如对塑性材料来讲，当杆内应力达到材料的屈服点s σ(或屈服强度0.2σ)时，杆内将发生明显的塑性变形；而对脆性材料来说，当杆件内的应力达到材料的强度极限b σ时，杆将发生破坏。

这些过度的塑性变形(将使另件不能正常工作)和破坏当然是工程上所不允许的。

因此，为了保证杆件在工作时不出现上述两种情况，就必须使杆内的最大正应力max σ低于材料达到此两种情况时的极限应力jxσ值（s σ或b σ），最多只能等于该材料极限应力值jx σ的若干分之一。

这种把材料的极限应力值jxσ除以某一大于1的系数n 而得到的应力值，通常就称为材料的许用应力值。

并用符号[]σ来表示，即[]0/n jx σσ=式中，jxσ为材料的极限应力。

在常温静荷时：对塑性材料jx sσσ=，；对脆性材料，jx bσσ=。

n 为规定的安全系数。

构件安全系数0n 的大小和一系列因素有关，例如和载荷估计的是否精确、材料的性质是否均匀及计算时所作的某些简化等等都有关。

凡构件实际的工作条件和设计时的主观设想不一致而偏于不安全的方面，都要通过安全系数来加以考虑；此外，为了保证构件有足够的强度储备，也要适当地加大安全系数。

尤其是对那些因破坏要造成严重后果的构件，更要加大其安全系数。

安全系数的确定不仅仅是个力学问题，故不赘述。

在一般强度计算中，通常对塑性材料可取0 1.5 2.0n =:；对脆性材可取0 1.5 2.0n =:，甚至更大。

材料的许用应力[]σ确定后，为了保持杆件在拉压时不致因强度不足而破坏，显然只需要杆内的最大工作应力max σ不超过材料在拉(压)时的许用应力[max σ]就可，即只需要满足下列条件：此条件即称为杆在拉(压)时的强度条件。