Дано:
σ_x = 20 МПа
σ_y = 30 МПа
σ_z = -70 МПа
τ_xy = 30 МПа
а) Для определения коэффициента запаса прочности по прочности материала используем формулу для максимального нормального напряжения. Обычно коэффициент запаса по прочности (О.Мора) рассчитывают по формуле:
\[ O_{Мора} = \frac{\sigma_{та}}{\sigma_{max}} \]
где:
- \(\sigma_{та}\) — предельное значение по прочности (для стали 30 МПа),
- \(\sigma_{max}\) — максимальное по абсолютному значению нормальное напряжение, возникающее в материале при заданных напряжениях.
Шаг 1. Находим нормальные напряжения \(\sigma_x, \sigma_y, \sigma_z\) и касательные \(\tau_{xy}\).
Шаг 2. Определяем максимальное нормальное напряжение среди \(\sigma_x, \sigma_y, \sigma_z\).
\[
\sigma_{max} = \max(\sigma_x, \sigma_y, \sigma_z) = \max(20, 30, -70) = 30 \text{ МПа}
\]
Шаг 3. Определяем коэффициент запаса по Мору:
\[
O_{Мора} = \frac{\sigma_{та}}{\sigma_{max}} = \frac{30}{30} = 1
\]
Ответ: коэффициент запаса по прочности материала равен 1.
б) Для хрупкого материала (чугун ВЧ):
Из условий дано, что \(\sigma_{вс} = 1200 \text{ МПа}\).
Коэффициент запаса по обобщённой теории прочности О.Мора:
\[
O_{Мора} = \frac{\sigma_{вс}}{\sigma_{все}} \quad \text{(где } \sigma_{все} \text{ — интенсивность максимального напряжения, определяется по элементам напряжений)}
\]
Однако, для хрупких материалов чаще используют максимальное касательное или нормальное напряжение для оценки. Поэтому, в общем виде, считаем, что:
\[
\sigma_{все} = \sqrt{\sigma_x^2 + \sigma_y^2 + \sigma_z^2 - \sigma_x\sigma_y - \sigma_y\sigma_z - \sigma_z\sigma_x + 3 \tau_{xy}^2}
\]
Подставляем значения:
\[
\sigma_{все} = \sqrt{20^2 + 30^2 + (-70)^2 - (20 \times 30) - (30 \times -70) - (-70 \times 20) + 3 \times 30^2}
\]
Рассчитаем по частям:
\[
20^2 = 400 \\
30^2 = 900 \\
(-70)^2 = 4900 \\
- (20 \times 30) = -600 \\
- (30 \times -70) = +2100 \\
- (-70 \times 20) = +1400 \\
3 \times 30^2 = 3 \times 900 = 2700
\]
Теперь суммируем:
\[
\sigma_{все} = \sqrt{400 + 900 + 4900 - 600 + 2100 + 1400 + 2700}
\]
\[
= \sqrt{400 + 900 + 4900 - 600 + 2100 + 1400 + 2700}
\]
Перебираем сумму:
\[
400 + 900 = 1300 \\
1300 + 4900 = 6200 \\
6200 - 600 = 5600 \\
5600 + 2100 = 7700 \\
7700 + 1400 = 9100 \\
9100 + 2700 = 11800
\]
Итак,
\[
\sigma_{все} = \sqrt{11800} \approx 108.6 \text{ МПа}
\]
Коэффициент запаса по обобщённой теории прочности:
\[
O_{Мора} = \frac{\sigma_{вс}}{\sigma_{все}} \approx \frac{1200}{108.6} \approx 11.05
\]
Ответ: коэффициент запаса по обобщённой теории прочности О.Мора примерно равен 11.05 (округлён до трёх знаков).
Если есть необходимость в более точных расчетах или других методов, уточняйте!