Показатели материалоемкости и жесткости конструкций.

 

Материальные затраты (М) следует подразделить на две группы. Первая – сырье, основные материалы и полуфабрикаты (М1). Эта группа материальных затрат образует вещественную субстанцию создаваемых потребительских стоимостей. Вторая группа – вспомогательные материалы, топливо и энергия (М2). Эти материальные затраты непосредственно обеспечивают функционирование основных производственных фондов и технологический процесс.

Наибольшая доля затрат приходится на вещественные материальные затраты, которые составляют основную часть оборотных производственных фондов.

Материалоемкость продукции является обобщающим синтетическим показателем, характеризующим эффективность использования материальных ресурсов.

Материалоемкость общественного продукта исчисляется как отношение затрат сырья материалов, топлива, энергии и других материальных затрат на производство продукции к валовому общественному продукту:

 

Ме = Ми / Вп,

Где Ме – материалоемкость единицы продукции, Ми – материальные затраты на производство продукции, Вп – объем валовой продукции.

В зависимости от уровня планирования различают следующие взаимоувязанные показатели материалоемкости:

Народнохозяйственная материалоемкость (материалоемкость общественного производства);

Отраслевая материалоемкость (материалоемкость валовой продукции отрасли);

Материалоемкость валовой продукции предприятия;

Материалоемкость отдельных видов продукции и работ.

Народнохозяйственная материалоемкость продукции характеризуется отношением фонда возмещения (без амортизационных отчислений) к валовому общественному продукту или национальному доходу.

Отраслевая материалоемкость выражается отношением всех потребленных материальных ресурсов отрасли (без амортизации) к объему произведенной продукции (валовой, товарной, чистой, нормативно-чистой).

Материалоемкость единицы продукции представляет собой отношение материальных ресурсов, затраченных на производство отдельного вида продукции (сырье, основные и вспомогательные материалы, покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты, топливо, энергия и т.п., учитываемые в калькуляциях), к оптовой цене изделия.

Удельная материалоемкость единицы продукции характеризует затраты отдельных видов материальных ресурсов в натуральном (стоимостном) выражении на производство единицы конкретного вида изделия или единицы основного технического параметра продукции (мощности, производительности, грузоподъемности и т.п.).

Для определения материалоемкости продукции применяются натуральные, стоимостные и натурально-стоимостные показатели.

В натуральных показателях определить материалоемкость промышленной продукции практически невозможно, так как при выработке продукции используются различные виды материальных ресурсов, которые в своем натуральном виде не могут суммироваться.

Обобщенное понятие о материалоемкости промышленной продукции дают показатели, выраженные в стоимостной форме, которые могут определяться как по производимой предприятием или отраслью продукции, так и по отдельным ее видам. В данном случае материалоемкость определяется как отношение суммы всех материальных затрат к объему валовой, товарной или чистой продукции и измеряется в копейках на 1 руб. продукции.

Натурально-стоимостные показатели используются, если необходимо определить затраты сырья и материалов в натуральной форме на 1 руб. вырабатываемой продукции или в стоимости на 1 т. производимого продукта.

Жесткость конструкций определяют следующие факторы:

модуль упругости материала (модуль нормальной упругости Е при растяжении-сжатии и изгибе, модуль сдвига G - при сдвиге и кручении);

геометрические характеристики сечения деформируемого тела (сечение F при сдвиге и растяжении-сжатии, момент инерции / при изгибе, полярный момент инерции /р при кручении);

линейные размеры деформируемого тела (длина);

вид нагрузки и тип опор.

Модуль упругости является устойчивой характеристикой металлов, мало зависит от термообработки и содержания (в обычных количествах) легирующих элементов и определяется лишь полностью атомно-кристаллической решеткой основного компонента. Из технических металлов только W, Мо и Be имeют повышенный модуль упругости (соответственно £ = 40, 35 и 31-10* МПа).

Однако применение того или иного материала по большей части определяется условиями работы детали. Поэтому главным практическим средством увеличения жесткости является маневрирование геометрическими параметрами системы.

На жесткость сильно влияют размеры и форма сечений. В случае растяжения-сжатия жесткость пропорциональна квадрату, а при изгибе - четвертой степени размеров сечения (в направлении действия изгибающего момента).

Влияние линейных размеров детали невелико для случая растяжения-сжатия (жесткость обратно пропорциональна первой степени длины) и очень значительна при изгибе (жесткость обратно пропорциональна третьей степени длины).

Конструктивные параметры влияют на жесткость по-разному. Условие равножесткости для брусьев с различными значениями, нагруженных одинаковой силой: при растяжении-сжатии d2/l = const, при изгибе d*/l3 = const. На жесткость конструкции косвенно влияет прочность материала. При прочих равных условиях деформации пропорциональны напряжениям. Но напряжения принимают, как правило, пропорциональными прочности материала; допустимые напряжения представляют собой отношение предела прочности (или предела текучести) к коэффициенту прочности. Следовательно, чем выше прочность материала, тем больше допустимые напряжения и при прочих равных условиях больше деформация системы. Напротив, чем меньше запас прочности и ближе действующие в системе напряжения к пределу прочности, тем больше деформация и меньше жесткость системы.

Наиболее простой способ уменьшения деформаций заключается в уменьшении уровня напряжений. Однако этот путь нерационален, так как он сопряжен с увеличением массы конструкции. В случае изгиба рациональным способом уменьшения деформаций является целесообразный выбор формы сечений, условий нагружения, типа и расстановки опор. Поскольку влияние линейных параметров системы при изгибе велико, то в данном случае имеются эффективные способы увеличения жесткости, позволяющие уменьшить деформации системы в десятки раз по сравнению с исходной конструкцией, а иногда практически полностью исключить изгиб.

В случае кручения эффективными средствами повышения жесткости являются уменьшение длины детали на участке кручения и особенно, увеличение диаметра, так как полярный момент инерции возрастает пропорционально четвертой степени диаметра. В случае растяжения-сжатия возможность увеличения жесткости гораздо меньше, так как форма сечения не играет никакой роли, а деформации зависят только от площади сечения, которая определяется условием прочности. Единственным способом повышения жесткости здесь является уменьшение длины детали. Если же длина задана, то остается только переход на материалы с более высоким модулем упругости.

Деформация зависит не только от максимального действующего напряжения в опасном сечении детали, но и от закона распределения напряжений по всем остальным сечениям, т. е. от формы детали по ее длине. Равнопрочные детали (у которых максимальные напряжения во всех сечениях одинаковы) обладают наименьшей жесткостью.