Коэффициент запаса прочности. Выбор допускаемых напряжений

Фактические нагрузки, действующие на деталь, и свойства материалов, из которых она изготовлена, могут значительно отличаться от тех, которые принимаются для расчета.

При этом факторы, снижающие прочность детали (перегрузки, неоднородность материалов и т. д.), носят чаще всего случайный характер и предварительно не могут быть учтены.

Так как детали и сооружения в целом должны безопасно работать и при этих неблагоприятных условиях, то необходимо принять определенные меры предосторожности. С этой целью напряжения, обеспечивающие безотказную работу (эксплуатации) машины или любого другого сооружения, должны быть ниже тех предельных напряжений, при которых может произойти разрушение или возникнуть пластические деформации.

Таким образом, принимают

Таким образом, коэффициент запаса прочности вводится для того, чтобы обеспечить безопасную, надежную работу сооружения и отдельных его частей, несмотря на возможные неблагоприятные отклонения действительных условий их работы от расчетных.

Вопрос о нормативном коэффициенте запаса прочности [ n ] решается с учетом имеющегося опыта эксплуатации сооружений и машин.

Такое разделение общего коэффициента запаса позволяет лучше учесть многообразные конкретные условия работы деталей машин и сооружений и проектировать их с большей надежностью и экономичностью.

Коэффициент запаса прочности представляют в виде произведения

.

В вопросе о частных коэффициентах и их значениях до сих пор нет единообразия. Значения коэффициентов запаса прочности обычно принимают на основании опыта конструирования и эксплуатации машин определенного типа. В настоящее время в машиностроении имеются рекомендации пользоваться одним, тремя, пятью и даже десятью частными коэффициентами запаса прочности. В «Справочнике машиностроителя» рекомендуется пользоваться тремя частными коэффициентами:

При расчете по пределу прочности для малопластичных и хрупких материалов величину n 2 принимают:

а) для малопластичных материалов (высокопрочные стали при низком отпуске) n 2 =2-3;

б) для хрупких материалов n 2 =3-4;

в) для весьма хрупких материалов n 2 =4-6. При расчете на усталость коэффициент n 2 принимают равным 1,5-2,0, увеличивая его для материала с пониженной однородностью (особенно для литья) и для деталей больших размеров до 3,0 и более;

В Табл. 4.4 приведены ориентировочные значения допускаемых напряжений при статическом нагружении для некоторых материалов.

Табл. 4.4 Допускаемые напряжения для разных материалов

Источник

Коэффициент запаса прочности

Фактические нагрузки, действующие на деталь, и свойства материалов, из которых она изготовлена, могут значительно отличаться от тех, которые принимаются для расчета.

При этом факторы, снижающие прочность детали (перегрузки, неоднородность материалов и т. д.), носят чаще всего случайный характер и предварительно не могут быть учтены.

Так как детали и сооружения в целом должны безопасно работать и при этих неблагоприятных условиях, то необходимо принять определенные меры предосторожности. С этой целью напряжения, обеспечивающие безотказную работу (эксплуатации) машины или любого другого сооружения, должны быть ниже тех предельных напряжений, при которых может произойти разрушение или возникнуть пластические деформации.

Таким образом, принимают

где [σ] – допускаемое напряжение; [n] – нормативный (т. е. предписываемый нормами проектирования конструкций) коэффициент запаса прочности, называемый также коэффициентом безопасности, σ_nред – предельное напряжение материала.

Различают также расчётный коэффициент запаса прочности.

Отношение предельного напряжения к наибольшему напряжению, возникающему в рассчитываемом элементе конструкции при эксплуатационной нагрузке (т.е. к расчетному или рабочему напряжению) называют расчётным коэффициентом запаса прочности.

n = s_пред / s

Величина n должна быть больше единицы, иначе прочность конструкции будет нарушена.

Другой вид условия прочности: n≥[n]

При статических нагрузках за предельное напряжение для хрупких материалов принимают предел прочности (s_пч). Для пластичных материалов за предельное напряжение принимают – предел текучести (s_т), так как при напряжениях, равных пределу текучести, возникают значительные пластические деформации, которые недопустимы.

Таким образом, коэффициент запаса прочности вводится для того, чтобы обеспечить безопасную, надежную работу сооружения и отдельных его частей, несмотря на возможные неблагоприятные отклонения действительных условий их работы от расчетных.

нормативный коэффициент запаса прочности [n] назначается на основании имеющегося опыта эксплуатации сооружений и машин.

В последнее время один общий коэффициент запаса расчленяют на ряд составляющих, частных

коэффициентов запаса, каждый из которых отражает влияние на прочность элемента конструкции какого-либо определенного фактора или группы факторов. Например, один из коэффициентов отражает возможные отклонения механических характеристик материала от принимаемых в качестве расчетных, другой – отклонения действующих нагрузок от их расчетных значений и т. д.

Такое разделение общего коэффициента запаса позволяет лучше учесть многообразные конкретные условия работы деталей машин и сооружений и проектировать их с большей надежностью и экономичностью.

Коэффициент запаса прочности представляют в виде произведения n = n₁ × n₂ × n₃

В вопросе о частных коэффициентах и их значениях до сих пор нет единообразия. Значения коэффициентов запаса прочности обычно принимают на основании опыта конструирования и эксплуатации машин определенного типа. В настоящее время в машиностроении имеются рекомендации пользоваться одним, тремя, пятью частными коэффициентами запаса прочности. В «Справочнике машиностроителя» рекомендуется пользоваться тремя частными коэффициентами:

n₁ – коэффициент, учитывающий неточность в определении нагрузок и напряжений. Значение этого коэффициента при повышенной точности определения действующих напряжений может приниматься равным 1,2-1,5, при меньшей точности расчета – 2-3;

n₂ – коэффициент, учитывающий неоднородность материала, повышенную его чувствительность к недостаткам механической обработки. При расчете по пределу прочности для малопластичных и хрупких материалов величину n₂ принимают:

а) для малопластичных материалов (высокопрочные стали при низком отпуске) n₂=2-3;

б) для хрупких материалов n₂=3-4;

в) для весьма хрупких материалов n₂=4-6. При расчете на усталость коэффициент n₂ принимают равным 1,5-2,0, увеличивая его для материала с пониженной однородностью (особенно для литья) и для деталей больших размеров до 3,0 и более;

n₃ – коэффициент условий работы, учитывающий степень ответственности детали, равный 1-1,5.

Чем больше n, тем прочнее конструкция, тем большим запасом надежности она обладает. В то же время очень большие запасы приводят к перерасходу материала, делают конструкцию тяжелой, неэкономичной, неэстетичной.

Источник

Что такое коэффициент запаса прочности

Настоящий стандарт устанавливает основные положения и требования к проведению расчетов и испытаний на прочность в машиностроении и их нормативно-техническому обеспечению.

Основные термины и их пояснения, относящиеся к расчетам и испытаниям на прочность, приведены в приложении 1.

Стандарт не распространяется на расчеты и испытания на прочность продукции, предназначенной только для нужд обороны и атомной энергетики.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ТРЕБОВАНИЯ

1.1. С целью выбора и обоснования конструктивно-технологических параметров, обеспечивающих со стадии проектирования прочность, надежность и безопасность функционирования изделий и (или) их составных частей, должны проводиться расчеты и (или) испытания на прочность.

Номенклатура видов изделий отрасли (подотрасли) и (или) их составных частей, для которых должны проводиться расчеты и (или) испытания на прочность, определяется на основе групп однородной продукции разработчиком этой продукции по согласованию с заказчиком.

1.2. Расчеты и испытания на прочность на стадиях разработки и производства изделий должны включать:

1) проектные и поверочные расчеты;

2) исследовательские испытания;

3) испытания в составе предварительных, приемо-сдаточных, периодических, типовых и других контрольных испытаний.

В отдельных случаях (при создании изделий и (или) их составных частей по прототипу, их модификации, модернизации, доводке и т.д.) допускается проведение только поверочных расчетов и (или) контрольных испытаний.

С целью оценки работоспособности поверочные расчеты и (или) контрольные испытания на прочность могут проводиться для изделий, находящихся в эксплуатации (при продлении ресурса, внесении конструктивно-технологических изменений и т.п.).

1.3. Расчеты и испытания на прочность видов изделий отрасли (подотрасли) и (или) их составных частей должны проводиться в соответствии с нормами, установленными в отраслевом комплексе нормативно-технических документов (НТД), типовая структура которого, а также требования к построению и содержанию документов, входящих в него, указаны в приложении 2.

В этих документах должны быть установлены значения коэффициентов запаса прочности (или величины допускаемых напряжений), долговечности, устойчивости и т.п., а также условия эксплуатации, испытаний и другие сведения, необходимые в том числе и для вероятностной оценки прочности изделий.

Наряду с нормами и методами, регламентированными в НТД, допускается применение и других, позволяющих получить не меньшую точность, достоверность, сопоставимость и информативность результатов расчетов и испытаний.

2. ДОКУМЕНТАЦИЯ ПО РАСЧЕТАМ И ИСПЫТАНИЯМ
НА ПРОЧНОСТЬ

Документация по расчетам и испытаниям на прочность должна являться составной частью технической документации на изделие.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ИХ ПОЯСНЕНИЯ

1. Объект расчетов и (или) испытаний на прочность

Изделие и (или) его составные части (детали, сборочные единицы)

Состояние объекта, обусловленное внешними воздействиями и условиями функционирования.

1. Характеристиками нагруженности объекта могут быть: нагрузка, напряжение, напряжение цикла, деформация, перемещение, коэффициент интенсивности напряжений, длительность и число циклов нагружения и т.д.;

(1)

является коэффициентом запаса

3. Нормативный коэффициент запаса

Коэффициент запаса [ ], устанавливаемый НТД

4. Допускаемые характеристики нагруженности объекта

(2)

5. Условие прочности объекта (детерминированное)

(3)

(4)

Примечание. Условие прочности объекта могут выражаться также неравенствами вида:

(5)

(6)

(7)

— предельные значения размеров и характеристик сечений (значения ниже которых приводят к частичной или полной потере работоспособности объекта)

6. Расчет на прочность

Расчетная проверка выполнения условий прочности объекта

Схема объекта, используемая при расчете, которая отражает основные особенности конструкции и нагруженности объекта.

Примечание. В зависимости от целей, вида и метода расчетов для данного объекта могут быть выбраны различные расчетные схемы.

8. Проектный расчет (расчет для выбора размеров)

Расчет, проводимый при разработке проекта объекта с целью определения его основных размеров и выбора конструкционных материалов при заданных характеристиках нагруженности или определения этих характеристик при заданных размерах объекта и материалах

9. Поверочный расчет

Расчет, проводимый при разработке (доработке) проекта и (или) изготовлении и эксплуатации объекта с целью проверки выполнения условий его прочности для выбранных размеров и вида материалов с учетом заданных режимов эксплуатации, ресурса и срока службы, технологии изготовления и конструктивных особенностей объекта

10. Испытания на прочность

Примечание. Приведенные термины и их пояснения следует использовать для терминологического обеспечения нормативно-технических, руководящих и методических документов по расчетам и испытаниям на прочность в машиностроении.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рекомендуемое

ТИПОВАЯ СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ
И МЕТОДИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ ПО РАСЧЕТАМ И ИСПЫТАНИЯМ
НА ПРОЧНОСТЬ ВИДОВ ИЗДЕЛИЙ ОТРАСЛИ (ПОДОТРАСЛИ)
И (ИЛИ) ИХ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ

1. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Настоящее приложение рекомендует типовую структуру комплекса нормативно-технических и методических документов по расчетам и испытаниям на прочность видов изделий отрасли (подотрасли) и (или) их составных частей. На основе рекомендуемой типовой структуры каждая отрасль (подотрасль), с учетом особенностей разработки, испытаний и опыта эксплуатации своих изделий, разрабатывает структуру указанного комплекса, предусматривая при этом создание недостающих документов для его формирования в полном объеме.

2. СОСТАВ КОМПЛЕКСА НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ
И МЕТОДИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ

Комплекс документов включает в себя (см. схему):

1) нормативно-технические и методические документы, устанавливающие основные положения и требования к проведению расчетов и испытаний на прочность изделий при их проектировании, изготовлении и эксплуатации;

2) нормативно-технические и методические документы, устанавливающие нормы прочности изделий и (или) их составных частей, а также нормы прочности и перечень используемых для них конструкционных материалов;

3) нормативно-технические и методические документы, устанавливающие метод расчета и испытания на прочность изделий и (или) их составных частей, в том числе деталей и узлов общемашиностроительного применения (крепеж, подшипники и т.п.), входящих в состав изделий;

4) нормативно-технические и методические документы, содержащие методы расчета и экспериментального определения характеристик нагруженности, напряженно-деформированного состояния, колебаний, устойчивости, несущей способности и долговечности типовых составных частей изделий различных отраслей и других, а также методы механических испытаний материалов и физические методы исследования деформирования и разрушения.

СХЕМА КОМПЛЕКСА НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ
И МЕТОДИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ

3. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ
И МЕТОДИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ, ВХОДЯЩИХ В ОТРАСЛЕВОЙ КОМПЛЕКС

3.1. Нормы прочности изделий отрасли

3.1.1. Нормы прочности изделий отрасли предназначаются для обеспечения и оценки прочности и эксплуатационных характеристик изделий.

В этих документах устанавливаются:

1) критерии и характеристики, по которым производится оценка прочности изделий;

2) виды и характеристики нагрузок;

3) запасы прочности (несущей способности, устойчивости, долговечности и т.д.), а также и (или) допускаемые напряжения, деформации и т.д.

В документах могут быть также установлены:

1) режимы функционирования;

2) требования к расчетным схемам и методам расчета изделий и их составных частей и сами методы;

3) требования к механическим и технологическим свойствам материалов;

4) вероятностные критерии оценки прочности.

Разделы и подразделы этих документов могут дифференцироваться по составным частям изделий, по критериям и методам (расчетным или экспериментальным) для оценки прочности и т.п.

Приложения могут содержать уточненные методы расчета основных узлов и деталей, алгоритмы, программы и ссылки на них, справочные данные для расчета, характерные примеры расчета, сведения по механическим свойствам материалов, требования к осуществлению и контролю за наиболее ответственными технологическими операциями, непосредственно влияющими на прочность изделия и т.п.

Источник

Запас прочности: формула расчета, что показывает

Как начало ведения бизнеса, так и его постоянное развитие требуют проведения систематического экономического анализа. Анализ хозяйственной деятельности предприятия предполагает ведение бухгалтерского учета и составление на его основе различных отчетов, но это скорее относится к количественным методам анализа. Говоря о качественных методах диагностики состояния предприятия, прежде всего, следует упомянуть о таком инструменте, как расчет различных коэффициентов. Сегодня в статье речь пойдет о коэффициенте запаса финансовой прочности. Мы постараемся пояснить сущность этого показателя, приведем формулу для его расчёта и определим роль этого коэффициента при проведении бизнес-планирования.

Что показывает коэффициент запаса финансовой прочности

Запас финансовой прочности — это величина, которая демонстрирует разницу между фактически имеющимся объёмом выпускаемой (реализуемой) продукции и объемом выпуска, который соответствует точке безубыточности.

Этот показатель, по сути, показывает тот предельно допустимый предел, на величину которого возможно сокращение выпуска товаров и услуг, которое при этом может привести к пределу безубыточного производства и при продолжении сокращения — к убыточности предприятия. Таким образом, запас финансовой прочности является показателем некой «страховки» предприятия — то есть того, на сколько далеко предприятие находится от убыточного уровня.

Как и любой другой финансовый коэффициент, запас финансовой прочности будет более «показательным» и информативным, если будет рассчитываться в комплексе с такими параметрами, как:

— плечо финансового рычага;

— коэффициент финансовой устойчивости и др.

Формула для расчета запаса финансовой прочности

Запас финансовой прочности может быть рассчитан как в абсолютном (стоимостном), так и в относительном (процентном) выражении. Но главное, что в отличие от других показателей формула для расчета запаса финансовой прочности является довольно стандартизированной и выглядит следующим образом:

ЗФП (в абсолютном выражении) = ( Выручка от продаж — Объём реализации в точке безубыточности);

ЗФП (в относительном выражении) = ( Выручка от продаж — Объём реализации в точке безубыточности) / Выручка от продаж.

Представленные формулы могут быть рассчитаны в денежном и в натуральном выражении. Денежное выражение представляет собой расчет в рублях, тысячах рублей и т.д., или в другой валюте. Натуральное выражение предполагает расчет в штуках, килограммах, тоннах, литрат, квадратных метрах и т.д., то есть абстрагируясь от влияния ценового фактора.

Запас финансовой прочности — формула в процентах

ЗФП = ( (Выручка от продаж — Объем реализации в точке безубыточности)/ Выручка от продаж) * 100%.

Относительные (в процентах) величины в отличие от абсолютных (в штуках, килограммах, рублях и т.д.) являются более удобными для анализа, поскольку позволяют сравнивать различные коэффициенты между собой. Но иногда расчет относительных величин, в частности запаса финансовой прочности, может быть и не целесообразным.

Для того, чтобы правильно определить, по какой формуле и в каком выражении рассчитать коэффициент запаса финансовой прочности, советуем скачать готовый бизнес-план предприятия, схожего с вашим по виду деятельности и рынку сбыта. Ориентация на такой шаблон поможет вам учесть все необходимые разделы и параграфы.

Пример расчета запаса финансовой прочности

Масштабы расчета коэффициента фин. прочности и точки безубыточности будут зависеть от специфики каждого конкретного предприятия. Далее рассмотрим условный пример расчета данного показателя.

Прежде чем проводить какой-либо анализ нужно определить величину:

Допустим, в рассматриваемом примере названные единицы будут равны:

Для того, чтобы рассчитать безубыточный уровень (точку) нужно вычислить величину общих переменных затрат (TVC), далее — общую величину затрат (TC), общую величину дохода (TR) и, наконец, размер чистой прибыли (I).

Пусть в нашем условном примере названные величины будут равны:

I ( TR — TC) = 100 руб.

Точка безубыточности = FC * TR / (TR — TVC) = 90*240 / (240 — 80) = 135 руб.

Запас финансовой прочности = TR — Точка безубыточности = 240 — 135 = 105 руб.

Таким образом, рассчитанный в денежной выражении пример показывает, что:

Способы корректировки запаса финансовой прочности

Понятно, что недостаточно просто рассчитать какой-либо показатель. Нужно еще найти или придумать методы управления им. Так, если в результате расчетов вы получили низкое значение запаса финансовой прочности, то следующим шагом будет разработка мер по улучшению ситуации.

Далее перечислим некоторые варианты повышения финансовой устойчивости предприятия.

Во-первых, дополнительным источником улучшения финансовых результатов компании можно назвать самый очевидный способ — это попросту увеличение продаж. Даже имея небольшую маржу с единицы продукции, можно получить неплохой доход из-за большого оборота (совокупного увеличения дохода) и появления эффекта масштаба.

Вообще, эффект масштаба — это один из главных косвенных источников повышения эффективности деятельности предприятия и увеличения его доходности. Связан он и с точкой безубыточности, определяющей запас фин.прочности. Как известно, с увеличением объема производства постоянные расходы в себестоимости единицы продукции имеют тенденцию к уменьшению, так сказать, «растягиваются». Эта тенденция получила название эффекта масштаба. При этом точка безубыточности показывает, каким минимальным должен быть выпуск чтобы хотя бы минимально покрыть все расходы производства. Именно этот безубыточный уровень становится, можно сказать, отправной точкой для получения в будущем эффекта масштаба.

Дополнительным источником финансирования может стать участие в аукционах на выполнение работ, в госзакупках и тендерах. Временные затраты на маркетинг могут стать катализатором гораздо большей величины доходов.

Конечно, не обойтись и без управления расходов. Их оптимизация (если это еще возможно) позволит снизить себестоимость, что увеличит прибыль предприятия. Особенно это касается переменных расходов. Но “манипуляции” с постоянными расходами — это также хороший инструмент повышения запаса финансовой прочности предприятия. В этих целях можно провести оптимизацию заработной платы, а также пересмотрев производственную программу. Иногда приобретение инновационного оборудования с высокой отдачей также может существенно улучшить не только производственные, но и финансовые показатели.

Запас прочности также использует при оценке рисков на предприятии, количественные и качественные методы исследования которых очень обширны.

В бизнес-плане запас финансовой прочности определяется как

Составление бизнес-плана предполагает большой перечень мероприятий по анализу рынка и конкурентоспособности проекта/продукта, разработке производственной программы, инвестиционному планированию, прогнозированию будущих финансовых результатов. Одной из составляющих такого прогнозирования является определения запаса финансовой прочности.

Расчету коэффициента финансовой прочности обязательно должен предшествовать расчет точки безубыточности. Это еще раз подтверждает необходимость комплексной оценки и встраивания любого коэффициента в общую структуру бизнес-плана.

Также отметим, что запас финансовой прочности можно назвать более объективным параметром, чем точку безубыточности. Например, точки безубыточности маленького магазина и большого супермаркета могут отличаться в тысячи раз, и только запас финансовой прочности покажет какое из предприятий более устойчиво.

Выбирая вариант для реализации своего бизнеса, обратите внимание на такой вариант, как бизнес-план частной школы. Это интересная идея для бизнеса, которая может вам понравиться.

Подводя итог

Резюмируя вышесказанное, стоит отметить, что как старт какого-либо проекта, так и его последующее развитие требуют особого внимания не только к непосредственно производственным процессам и маркетинговой стратегии, но и к ведению учета и анализу финансово-экономических показателей. При этом такой анализ включает в себя широкий спектр направлений — это и определение рентабельности деятельности предприятия, и анализ ликвидности его активов, и, конечно, диагностика его стабильности и устойчивости. Для определения последней из названных характеристик деятельности предприятия как раз-таки используется коэффициент запаса финансовой прочности.

Более того, расчет всех названных коэффициентов и показателей важен еще на этапе планирования. В данном случае речь будет идти о потенциальном запасе финансовой прочности, то есть — способности предприятия находится в определенной степени “защищенности” от убыточного уровня. Если вы настроены самостоятельно заняться разработкой бизнес-плана будущего проекта, то советуем для облегчения этого процесса скачать готовый образец бизнес-плана в интернете, что поможет правильно встроить финансовый раздел в общую структуру бизнес-плана. Также есть возможность заказать разработку такого документа, обратившись к специалистам в сфере бизнес-планирования, которые пропишут всех необходимые разделы с учетом особенностей вашего бизнеса.

Источник