Wytrzymałość materiałów: 27 kompletnych szybkich faktów

Istnieją dwa rodzaje korpusów: sztywne i odkształcalne. Odległość między dowolnymi dwoma punktami pozostaje stała, a siła przyłożona do ciała jest określana jako a sztywny korpus a ciało, w którym ta zmiana odległości, jest znane jako odkształcalny korpus. Wytrzymałość materiału to badanie ciał odkształcalnych. W tym celu badamy różne właściwości materiałów, przykładając do nich siłę. Badanie wytrzymałości materiałów pomaga w doborze materiałów do różnych zastosowań na podstawie ich właściwości. Wytrzymałość materiału jest również określana jako Mechanika materiału. Wytrzymałość materiału obejmuje naprężenie, odkształcenie, krzywą naprężenie-odkształcenie itp.

Stres inżynieryjny

• Chwilowe obciążenie lub siła przyłożona na jednostkę pierwotnej powierzchni przekroju (przed jakimkolwiek odkształceniem) jest nazywane naprężeniem inżynieryjnym.
•  Jest oznaczony σ (sigma). Jednostką SI naprężenia inżynierskiego jest N / m² lub Pascal (Pa).

Naprężenie inżynieryjne = (przyłożona siła) / (pierwotny obszar)

Kliknij tutaj! po więcej szczegółów

Klasyfikacja stresu

Generalnie następujące naprężenia inżynieryjne są klasyfikowane w badaniach wytrzymałości materiałów.

Normalny stres

• Gdy przyłożona siła jest prostopadła do danego przekroju próbki (obciążenie osiowe), wówczas odpowiadające naprężenie wytworzone w materiale nazywa się naprężeniem normalnym.
•  Wielokrotnie siła działająca na powierzchnię nie jest jednolita; w takim przypadku bierzemy średnią z przyłożonej siły.

Naprężenie normalne = (prostopadła składowa przyłożonej siły) / powierzchnia

Naprężenie rozciągające

Gdy przyłożona siła jest oddalona od materiału, powstające naprężenie jest znane jako naprężenie rozciągające.

Naprężenie ściskające

Kiedy przyłożona siła jest skierowana w stronę obiektu, wytworzone naprężenie jest znane jako naprężenie ściskające.

Obezwładniający stres

• Kiedy siła jest przyłożona do materiału w kształcie belki, górna powierzchnia materiału jest poddawana naprężeniu ściskającemu, a dolna jest poddawana naprężeniu typu rozciągającego, a środek belki pozostaje neutralny. Takie naprężenie jest znane jako naprężenie zginające.
•  Znany jest również jako naprężenie zginające.

Naprężenie ścinające

Kiedy przyłożona siła jest równoległa do obszaru, na który jest przyłożona, naprężenie jest znane jako naprężenie ścinające.

Wzór na naprężenie ścinające

Naprężenie ścinające = (siła przyłożona równolegle do górnej i dolnej powierzchni) / powierzchnia.

Naprężenie rozciągające a naprężenie ścinające

Połączone równanie naprężeń

Badając wytrzymałość materiałów na przykładach z życia, możemy mieć przypadki, w których na materiał działa więcej niż jeden rodzaj naprężenia, w takim przypadku musimy mieć równanie, które może łączyć różne typy naprężeń

Poniżej przedstawiono równanie, które łączy naprężenia ścinające i rozciągające.

Gdzie,

f_x= naprężenie rozciągające lub ściskające w kierunku x

f_y= naprężenie rozciągające lub ściskające w kierunku y

f_s= naprężenia ścinające działające na powierzchnie czołowe w kierunku x i y

f₁= zasada maksymalnego naprężenia

f₂= minimalne naprężenie rozciągające

q = maksymalne naprężenie ścinające

Współczynnik koncentracji naprężeń

• W badaniach wytrzymałości materiałów wielokrotnie materiał, na który przykładamy naprężenia, nie jest jednolity. Może mieć pewne nieregularności w swojej geometrii lub w strukturze powstałej z powodu wyszczerbień, zarysowań, otworów, zaokrągleń, rowków itp., Co powoduje, że koncentracja naprężeń w pewnym miejscu na materiale jest bardzo wysoka. koncentracja stresu or podwyższenie / podwyższenie stresu.
• Stopień tego stężenia jest wyrażony jako stosunek maksymalnego naprężenia do naprężenia odniesienia, gdzie naprężenie odniesienia jest całkowitym naprężeniem w elemencie w tych samych warunkach obciążenia, bez jakiejkolwiek koncentracji lub nieciągłości.

Wzór na współczynnik koncentracji naprężeń:

Stężenie naprężenia = maksymalne naprężenie / naprężenie odniesienia

Kliknij tutaj! po więcej szczegółów

Współczynnik bezpieczeństwa

• Podczas badania wytrzymałości materiałów zawsze występują pewne niepewności dotyczące zmierzonych wartości naprężeń; dlatego stres, który będziemy rozważać dla naszego zastosowania, znany jako stres roboczy (σ_w) jest zawsze mniejsza niż eksperymentalna wartość stresu. W większości zastosowań rozważamy granicę plastyczności (σ_y).
• Naprężenie robocze jest określane poprzez zmniejszenie granicy plastyczności o współczynnik; czynnik ten jest znany jako czynnik bezpieczeństwa. Tak więc współczynnik bezpieczeństwa to stosunek granicy plastyczności do naprężenia roboczego. Jej symbolem jest N. Jest to wielkość nieograniczona.

            Współczynnik bezpieczeństwa = granica plastyczności / naprężenie robocze

Szczep inżynieryjny

• Zmiana długości w pewnym momencie materiału na jednostkę długości początkowej (przed zastosowaniem siły) jest nazywana odkształceniem inżynieryjnym.
•  Jest oznaczony ε (Epsilon) lub γ (Gamma). To ilość bez jednostek.

              Odkształcenie inżynieryjne = (Zmiana długości) / (Długość pierwotna)

Współczynnik Poissona

• W przypadku przyłożenia do materiału naprężenia rozciągającego następuje wydłużenie wzdłuż osi przyłożonego obciążenia i skrócenie wraz z prostopadłymi kierunkami do przyłożonego Naprężenia. Zatem odkształcenie wytwarzane w przyłożonym kierunku naprężenia jest znane jako szczep osiowe a odkształcenie wytworzone w kierunku prostopadłym przyłożone naprężenie jest znane jako odkształcenie boczne or odkształcenie poprzeczne.
• Stosunek odkształcenia poprzecznego i osiowego jest znany jako Współczynnik Poissona. Jest oznaczony przez ʋ (nu). Jest to bardzo ważna stała dla danego materiału.

            Współczynnik Poissona = - (odkształcenie boczne / odkształcenie osiowe)

Niech przyłożone obciążenie jest w kierunku z, a powstające odkształcenie w tym kierunku wynosi ε_x  a materiał jest izotropowy i jednorodny () to współczynnik Poissona wynosi

Aby dowiedzieć się szczegółowo o współczynniku Poissona Wizyta tutaj

Krzywa naprężenie-odkształcenie

• Wykreślenie naprężenia na odkształcenie daje znaczną liczbę właściwości materiału w badaniach wytrzymałościowych.
• Krzywa naprężenie-odkształcenie jest krzywą naprężenia w funkcji odkształcenia, w której odkształcenie znajduje się na niezależnej osi, tj. Osi x, a naprężenie jest zależne, tj. Osi y. Jest to ważna cecha materiału.
• Przy przyłożeniu obciążenia w materiale występują dwa rodzaje odkształceń w zależności od wartości odkształcenia, pierwszy to odkształcenie sprężyste, a drugi to odkształcenie plastyczne.

Prawdziwa krzywa naprężenie-odkształcenie

Jest to krzywa naprężenie-odkształcenie, na której wykreślone jest prawdziwe naprężenie względem rzeczywistego odkształcenia. Zarówno naprężenie, jak i odkształcenie są oparte na pomiarze chwilowym. W związku z tym rozważana jest chwilowa powierzchnia przekroju zamiast pierwotnego przekroju, a chwilowa długość jest brana pod uwagę zamiast pierwotnej długości.

Elastyczna deformacja

• Odkształcenie sprężyste to odkształcenie, w którym materiał odzyskuje swój pierwotny kształt po usunięciu siły.
• Ten obszar ma proporcjonalną granicę, granicę elastyczności, górną granicę plastyczności i dolną granicę plastyczności.

Moduł sprężystości | Prawo Hooke'a

• W przypadku tego rodzaju odkształcenia naprężenie w elemencie metalowym jest prawie proporcjonalne do naprężenia; dlatego odkształcenie to występuje jako linia prosta na wykresie Naprężenie w zależności od odkształcenia, z wyjątkiem niektórych materiałów, takich jak żeliwo szare, beton i wiele polimerów.
• Stres jest proporcjonalny do obciążenia wynikającego z tej relacji.

• Jest to znane jako Prawo Hooke'a, gdzie Y stała proporcjonalności jest znana jako Moduł Younga or Moduł elastyczności. Jest również oznaczane przez E. Jest to nachylenie krzywej naprężenie-odkształcenie w granicy sprężystości. Jest to jedno z najważniejszych praw w badaniach wytrzymałości materiałów.

Wzór modułu sprężystości

Jego wartość jest nieco wyższa w przypadku ceramiki niż metali, a wartość jest nieco niższa w przypadku polimerów niż metali. Lub większość konstrukcji wymaga odkształcenia tylko w granicy sprężystości; dlatego ten region jest dość ważny.

Odkształcenia plastyczne

• Jeśli przyłożona siła zostanie usunięta w tym obszarze, materiał nie odzyska swojego pierwotnego kształtu.
• Odkształcenie materiału jest trwałe.
• W tym regionie prawo Hooke'a nie obowiązuje.
• Ten region ma najwyższą wytrzymałość materiałów na rozciąganie i punkt zerwania.

• Na krzywej jest kilka punktów wokół jakiego typu zmian deformacji. Te punkty są bardzo ważne, ponieważ mówią nam o ograniczeniach i zakresach materiału, które są ostatecznie przydatne w zastosowaniu materiału.

Proporcjonalny limit

• Jest to punkt na krzywej, do którego naprężenie jest proporcjonalne do odkształcenia.
• Kiedy materiał jest rozciągany poza granicę proporcjonalności, naprężenie nie jest proporcjonalne do odkształcenia, ale nadal wykazuje właściwości sprężyste.

Elastyczny limit

• Jest to punkt na krzywej, do którego materiał wykazuje właściwości sprężyste.
• Po tym momencie rozpoczyna się odkształcenie plastyczne materiału.
• Po przekroczeniu granicy sprężystości naprężenie powoduje płynięcie lub ugięcie materiału.

Granica plastyczności

Jest to punkt, w którym następuje uplastycznienie materiału; stąd odkształcenie plastyczne materiału zaczyna się od tego miejsca.

Co to jest siła plastyczności?

• Naprężenie odpowiadające granicy plastyczności jest znane jako granica plastyczności—Swoją odporność na odkształcenia plastyczne.
• Często nie jest możliwe dokładne zlokalizowanie go. Przejście sprężysto-plastyczne jest dobrze zdefiniowane i bardzo gwałtownie, określane jako zjawisko granicy plastyczności.

• Górny punkt plastyczności: Jest to punkt na wykresie, w którym maksymalne obciążenie lub naprężenie wymagane do zainicjowania odkształcenia plastycznego materiału.

• Dolna granica plastyczności: Jest to punkt, w którym minimalne naprężenie lub obciążenie jest wymagane do zachowania plastycznego zachowania materiału.

• Górna granica plastyczności jest niestabilna, ale dolna granica plastyczności jest stabilna, dlatego podczas projektowania elementów stosujemy niższą granicę plastyczności.

Definicja maksymalnej siły | Definicja ostatecznego naprężenia

• Po odkształceniu, w miarę postępującego odkształcenia plastycznego, osiąga on maksymalny limit zwany naprężeniem ostatecznym lub wytrzymałością ostateczną.
• Jest również znany jako Najwyższa wytrzymałość na rozciąganie (UTS) lub wytrzymałość na rozciąganie. Jest to maksymalne naprężenie, jakie może wytrzymać naprężony materiał.
• Wszystkie odkształcenia do tego momentu są jednolite, ale przy tym maksymalnym naprężeniu zaczyna tworzyć się małe zwężenie materiału, zjawisko to określa się jako 'przewężenie'.

Punkt pęknięcia | Punkt pęknięcia | Moment przełomowy

• Naprężenie niezbędne do kontynuacji odkształcenia plastycznego zaczyna spadać po ostatecznej wytrzymałości i ostatecznie powoduje pęknięcie materiału w punkcie znanym jako punkt pęknięcia lub punkt pęknięcia.
• Naprężenie materiału w punkcie zerwania jest znane jako „wytrzymałość na zerwanie”.

Krzywa naprężenie-odkształcenie dla kruchego materiału

Krzywa naprężenie-odkształcenie dla materiału ciągliwego

 Nr ref. - Naprężenie-odkształcenie

Ważne pytania i odpowiedzi dotyczące wytrzymałości materiałów

Co to jest stres inżynierski?

Chwilowe obciążenie lub siła przyłożona na jednostkę pierwotnej powierzchni przekroju (przed jakimkolwiek przyłożeniem siły) jest nazywane naprężeniem inżynieryjnym.

Jest oznaczony przez σ (sigma). Jednostką naprężenia inżynieryjnego SI jest N / m2 lub Pascal (Pa).

Co to jest szczep inżynieryjny?

Zmiana długości w pewnym momencie materiału na jednostkę długości początkowej (przed zastosowaniem siły) jest nazywana odkształceniem inżynieryjnym.

Jest oznaczony przez ε (epsilon) lub γ (gamma). To ilość bez jednostek.

Co to jest naprężenie rozciągające?

Gdy przyłożona siła jest oddalona od materiału, powstające naprężenie jest znane jako naprężenie rozciągające.

Co to jest stres kompresyjny?

Kiedy przyłożona siła jest skierowana w stronę obiektu, powstające naprężenie jest znane jako naprężenie ściskające.

Co to jest naprężenie ścinające?

Kiedy przyłożona siła jest równoległa do obszaru, na który jest przyłożona, naprężenie jest znane jako naprężenie ścinające.

Co to jest współczynnik bezpieczeństwa?

Zmierzone wartości naprężeń zawsze są niepewne; w związku z tym naprężenie, które będziemy rozważać dla naszego zastosowania, znane jako naprężenie robocze (σw), jest zawsze mniejsze niż eksperymentalna wartość naprężenia. W większości zastosowań uwzględniamy granicę plastyczności (σy).

Naprężenie robocze jest określane poprzez zmniejszenie granicy plastyczności o współczynnik; czynnik ten jest znany jako czynnik bezpieczeństwa. Tak więc współczynnik bezpieczeństwa to stosunek granicy plastyczności do naprężenia roboczego. Jej symbolem jest N. Jest to wielkość nieograniczona.

Co to jest prawdziwa krzywa naprężenie-odkształcenie?

Jest to krzywa naprężenie-odkształcenie, na której wykreślane jest prawdziwe naprężenie względem rzeczywistego odkształcenia. Zarówno naprężenie, jak i odkształcenie są oparte na pomiarze chwilowym, stąd chwilowa powierzchnia przekroju poprzecznego jest brana pod uwagę zamiast pierwotnego przekroju, a chwilowa długość jest brana pod uwagę zamiast pierwotnej długości.

Co to jest Breaking Point?

Naprężenie niezbędne do kontynuacji odkształcenia plastycznego zaczyna spadać po ostatecznej wytrzymałości i ostatecznie powoduje pęknięcie materiału w punkcie znanym jako punkt zerwania.

Co to jest maksymalna wytrzymałość na rozciąganie?

Po odkształceniu, w miarę trwania odkształcenia plastycznego, osiąga on maksymalny limit zwany naprężeniem ostatecznym lub ostateczną wytrzymałością, znany również jako ostateczna wytrzymałość na rozciąganie (UTS)

Co to jest prawo Hooke'a? | Wyjaśnij prawo Hooke'a

W przypadku tego rodzaju odkształcenia naprężenie w elemencie metalowym jest prawie proporcjonalne do naprężenia; dlatego odkształcenie to występuje jako linia prosta na wykresie Naprężenie w zależności od odkształcenia, z wyjątkiem niektórych materiałów, takich jak żeliwo szare, beton i wiele polimerów. Stres jest proporcjonalny do obciążenia wynikającego z tej relacji.

Jest to znane jako prawo Hooke'a, gdzie Y stała proporcjonalności jest znana jako moduł Younga.

Jest to jedno z najważniejszych praw w badaniach wytrzymałości materiałów.

WNIOSEK

W tych artykułach szczegółowo wyjaśniono ważną terminologię dotyczącą wytrzymałości materiałów, taką jak naprężenie inżynieryjne, odkształcenie, krzywa naprężenia-odkształcenia zarówno dla materiałów plastycznych, jak i kruchych, moduł Younga, współczynnik Poissona itp. Wytrzymałość materiałów jest również znana jako mechanika materiałów.

Dowiedz się więcej o inżynierii mechanicznej i wytrzymałości materiałów Kliknij tutaj!

Podstawowe MŚP TechieScience

Zespół TechieScience Core MŚP to grupa doświadczonych ekspertów merytorycznych z różnych dziedzin nauki i techniki, w tym fizyki, chemii, technologii, elektroniki i elektrotechniki, motoryzacji, inżynierii mechanicznej. Nasz zespół współpracuje przy tworzeniu wysokiej jakości, dobrze udokumentowanych artykułów na szeroki zakres tematów naukowych i technologicznych dla witryny TechieScience.com.

Wszystkie nasze starsze MŚP mają ponad 7-letnie doświadczenie w odpowiednich dziedzinach. Są to albo pracujący profesjonaliści z branży, albo związani z różnymi uniwersytetami. Wspominać Nasi autorzy Strona, na której można poznać nasze podstawowe MŚP.