Mühendislik tasarımının ana görevlerinden biri, yapı malzemesinin seçimi ve profilin en uygun bölümüdür. Mümkün olan minimum kütle ile sistemin yükün etkisi altında formda kalmasını sağlayacak boyutu bulmak gerekir.

Örneğin, bir yapının açıklığı olarak kaç adet çelik I-kiriş kullanılmalıdır? Gerekli olanın altındaki boyutlarda bir profil alırsak, yapının yıkımını almamız garanti edilir. Daha fazla ise, bu irrasyonel bir metal kullanımına ve sonuç olarak daha ağır bir yapıya, daha karmaşık kuruluma, finansal maliyetlerde bir artışa yol açar. Çeliğin elastisite modülü gibi bir kavramın bilinmesi yukarıdaki soruya bir cevap verecek ve bu problemlerin üretimin çok erken safhalarında ortaya çıkmasını önleyecektir.

Genel kavram

Elastik modül (Young modülü olarak da bilinir), bir malzemenin çekme deformasyonuna karşı direncini karakterize eden mekanik özelliklerinin bir ölçüsüdür. Başka bir deyişle, değeri malzemenin plastisitesini gösterir. Elastisite modülü ne kadar büyük olursa, diğer her şey eşit olduğunda (yük değeri, kesit alanı, vb.) herhangi bir çubuk o kadar az gerilir.

Elastikiyet teorisinde, Young modülü E harfi ile gösterilir. Bu, Hooke yasasının (elastik cisimlerin deformasyon yasası) ayrılmaz bir parçasıdır. Malzemede oluşan gerilme ile deformasyonunu birbirine bağlar.

Uluslararası Standart Birim Sistemine göre MPa cinsinden ölçülmüştür. Ancak uygulamada mühendisler kgf / cm2 boyutunu kullanmayı tercih ediyor.

Elastikiyet modülünün belirlenmesi bilimsel laboratuvarlarda ampirik olarak yapılır. Bu yöntemin özü, özel ekipman üzerinde dambıl şeklindeki malzeme numunelerinin kırılmasından ibarettir. Numunenin bozulduğu stresi ve uzamayı öğrendikten sonra, bu değişkenleri birbirine bölerek Young modülünü elde ederler.

Bu yöntemin plastik malzemelerin elastik modüllerini belirlediğini hemen not ediyoruz: çelik, bakır vb. Gevrek malzemeler - dökme demir, beton - çatlaklar görünene kadar sıkıştırılır.

Mekanik özelliklerin ek özellikleri

Elastisite modülü, malzemenin yalnızca sıkıştırma veya gerilim altında çalışırken davranışını tahmin etmeyi mümkün kılar. Kırma, kesme, bükme vb. Gibi yük türlerinin varlığında ek parametreler gerekli olacaktır:

• Sertlik, elastisite modülünün ve profilin kesit alanının ürünüdür. Sertliğin büyüklüğüne göre, malzemenin değil, bir bütün olarak yapısal birimin plastisitesi yargılanabilir. Kilogram kuvvetle ölçülür.
• Boyuna uzama, numunenin mutlak uzamasının numunenin toplam uzunluğuna oranını gösterir. Örneğin, 100 mm uzunluğunda bir çubuğa belirli bir kuvvet uygulandı. Sonuç olarak, boyutu 5 mm azaldı. Uzamasını (5 mm) orijinal uzunluğuna (100 mm) bölerek, 0,05 nispi bir uzama elde ederiz. Değişken boyutsuzdur. Bazı durumlarda, algılama kolaylığı için yüzdeye dönüştürülür.
• Kesme uzaması yukarıdaki paragrafa benzer şekilde hesaplanır, ancak burada uzunluk yerine çubuğun çapı dikkate alınır. Deneyler, çoğu malzeme için enine uzamanın uzunlamasına olandan 3-4 kat daha az olduğunu göstermektedir.
• Zımba Oranı, göreli uzunlamasına gerinmenin göreli enine gerinime oranıdır. Bu parametre, bir yükün etkisi altında şekil değişikliğini tam olarak tanımlamanıza izin verir.
• Kesme modülü, numune kesme gerilmelerine maruz kaldığında, yani kuvvet vektörünün vücut yüzeyine 90 derecelik bir açıyla yönlendirilmesi durumunda elastik özellikleri karakterize eder. Bu tür yüklere örnek olarak, kesme için perçinler, ezme için çiviler vb. Genel olarak, kesme modülü, bir malzemenin viskozitesi gibi bir kavramla ilişkilidir.
• Hacim modülü, tek tip, çok yönlü yük uygulaması için malzemenin hacmindeki bir değişiklik ile karakterize edilir. Hacimsel basıncın hacimsel sıkıştırma gerinmesine oranıdır. Bu tür çalışmalara bir örnek, sıvı basıncının tüm alanı üzerinde etki ettiği suya batırılmış bir numunedir.

Yukarıdakilere ek olarak, bazı malzeme türlerinin yükün yönüne bağlı olarak farklı mekanik özelliklere sahip olduğu belirtilmelidir. Bu tür malzemeler anizotropik olarak karakterize edilir. Öne çıkan örnekler ahşap, lamine plastikler, bazı taş türleri, kumaşlar ve daha fazlasıdır.

İzotropik malzemeler her yönde aynı mekanik özelliklere ve elastik deformasyona sahiptir. Bunlara metaller (çelik, dökme demir, bakır, alüminyum vb.), lamine olmayan plastikler, doğal taşlar, beton, kauçuk dahildir.

Elastik modül değeri

Young modülünün sabit olmadığına dikkat edilmelidir. Aynı malzeme için bile kuvvetin uygulandığı noktalara göre değişkenlik gösterebilir.

Bazı elastik - plastik malzemeler, hem sıkıştırma hem de gerilim altında çalışırken az çok sabit bir esneklik modülüne sahiptir: bakır, alüminyum, çelik. Diğer durumlarda, esneklik, profilin şekline göre değişebilir.

İşte bazı malzemelerin Young modül değerlerine (milyon kgf / cm2 olarak) örnekler:

• Pirinç - 1.01.
• Bronz - 1.00.
• Tuğla duvarcılık - 0.03.
• Granit duvarcılık - 0.09.
• Beton - 0.02.
• Tahıl boyunca ahşap - 0.1.
• Tahıl boyunca ahşap - 0,005.
• Alüminyum - 0.7.

Dereceye bağlı olarak çeliklerin elastik modülleri arasındaki okuma farkını göz önünde bulundurun.

Metalurji ve metal nesnelerin üretimi için diğer ilgili alanların gelişimi, silah yaratmakla yükümlüdür. İlk başta, demir dışı metalleri eritmeyi öğrendiler, ancak ürünlerin gücü nispeten düşüktü. Sadece demirin ve alaşımlarının ortaya çıkmasıyla, özelliklerinin araştırılması başladı.

İlk kılıçlar, onlara sertlik ve güç kazandırmak için oldukça ağırdı. Savaşçılar, onları yönetmek için onları iki eline almak zorunda kaldı. Zamanla yeni alaşımlar ortaya çıktı, üretim teknolojileri geliştirildi. Ağır silahların yerini hafif kılıçlar ve kılıçlar aldı. Aynı zamanda, emek araçları yaratıldı. Mukavemet özelliklerinin artmasıyla birlikte aletler ve üretim yöntemleri iyileştirildi.

yük türleri

Metaller kullanılırken farklı statik ve dinamik yükler uygulanır. Mukavemet teorisinde, aşağıdaki yükleme türlerini belirlemek gelenekseldir.

• Sıkıştırma - etki eden kuvvet nesneyi sıkıştırarak yükün uygulama yönü boyunca uzunlukta bir azalmaya neden olur. Bu deformasyon yataklar, destek yüzeyleri, direkler ve belirli bir ağırlığı destekleyen bir dizi başka yapı tarafından hissedilir. Köprüler ve feribotlar, araba ve traktör çerçeveleri, temeller ve bağlantı parçaları - tüm bu yapısal elemanlar sürekli sıkıştırma altındadır.

• Germe - yük, vücudu belirli bir yönde uzatma eğilimindedir. Kaldırma ve taşıma makineleri ve mekanizmaları, yükleri kaldırırken ve taşırken benzer yüklere maruz kalır.

• Kesme ve kesme - bu tür bir yükleme, bir eksen boyunca birbirine doğru yönlendirilen kuvvetlerin hareketi durumunda gözlenir. Bağlantı elemanları (cıvatalar, vidalar, perçinler ve diğer donanımlar) benzer bir yüke maruz kalır. Gövde, metal çerçeve, dişli kutuları ve diğer mekanizma ve makine birimlerinin tasarımında her zaman bağlantı parçaları vardır. Cihazların performansı, güçlerine bağlıdır.

• Burulma - bir nesne birbirinden belirli bir mesafede bulunan bir çift kuvvetten etkilenirse, bir tork oluşur. Bu çabalar burulma deformasyonu üretme eğilimindedir. Dişli kutularında da benzer yükler gözlenir, miller de böyle bir yüke maruz kalır. Genellikle değer olarak değişkendir. Zamanla, etki eden kuvvetlerin büyüklüğü değişir.

• Eğilme - Nesnelerin eğriliğini değiştiren bir yük, bükülme olarak kabul edilir. Köprüler, basamaklar, konsollar, vinçler ve diğer parçalar benzer yüklere maruz kalır.

Elastikiyet modülü kavramı

17. yüzyılın ortalarında, malzeme araştırmaları birkaç ülkede aynı anda başladı. Mukavemet özelliklerini belirlemek için çeşitli yöntemler önerilmiştir. İngiliz araştırmacı Robert Hooke (1660), bir yükün uygulanması sonucunda elastik cisimlerin uzamasına ilişkin yasanın ana hükümlerini formüle etti (Hooke yasası). Kavramlar da tanıtıldı:

1. Mekanikte belirli bir alana uygulanan yük olarak ölçülen σ gerilmesi (kgf/cm², N/m², Pa).
2. Bir katının yükleme etkisi altında deforme olma yeteneğini belirleyen elastikiyet modülü E (belirli bir yönde bir kuvvetin uygulanması). Ölçü birimleri de kgf / cm² (N / m², Pa) olarak tanımlanır.

Hooke yasasına göre formül ε = σz / E biçiminde yazılır, burada:

• ε - bağıl uzama;
• σz normal strestir.

Elastik cisimler için Hooke yasasının gösterimi:

Verilen bağımlılıktan, belirli bir malzeme için E değeri ampirik olarak türetilir, E = σz / ε.

Elastisite modülü, bir cismin ve yapısal malzemesinin normal çekme veya basınç yükleri altındaki direncini karakterize eden sabit bir değerdir.

Mukavemet teorisinde Young'ın elastisite modülü kavramı kabul edilir. Bu İngiliz araştırmacı, normal yükleme altında güç göstergelerini değiştirme yöntemlerinin daha spesifik bir tanımını verdi.

Bazı malzemeler için elastisite modülü değerleri tablo 1'de verilmiştir.

Tablo 1: Metaller ve alaşımlar için elastisite modülü

Farklı çelik kaliteleri için elastik modül

Metalurji uzmanları birkaç yüz kalite çelik geliştirdiler. Farklı güç değerlerine sahiptirler. Tablo 2, en yaygın çeliklerin özelliklerini göstermektedir.

Tablo 2: Çeliklerin esnekliği

Video: Hooke yasası, esneklik modülü.

Mukavemet modülleri

Normal yüklemeye ek olarak, malzemeler üzerinde başka kuvvet etkileri de vardır.

Kayma modülü G sertliği belirler. Bu özellik, cismin şeklini değiştiren yükün sınır değerini gösterir.

Hacim modülü K, hacmini değiştirmek için bir malzemenin elastik özelliklerini belirler. Herhangi bir deformasyonla, nesnenin şekli değişir.

Poisson oranı μ, bağıl sıkıştırmanın gerilime oranındaki değişimi belirler. Bu değer sadece malzemenin özelliklerine bağlıdır.

Farklı çelikler için belirtilen modüllerin değerleri Tablo 3'te verilmiştir.

Tablo 3: Çelikler için mukavemet modülü

Diğer malzemeler için, mukavemet özelliklerinin değerleri özel literatürde belirtilmiştir. Ancak bazı durumlarda bireysel çalışmalar yapılmaktadır. Bu tür çalışmalar özellikle yapı malzemeleri ile ilgilidir. Betonarme ürünlerin üretildiği işletmelerde sınır değerlerin belirlenmesi için düzenli olarak testler yapılmaktadır.

Young'ın elastisite modülü ve kayma, Poisson'un oran değerleri (Tablo). Malzeme tablosunun elastik modülü tablosu

Çelik ve diğer malzemeler için elastik modül

Herhangi bir malzemeyi inşaat işlerinde kullanmadan önce, onu nasıl kullanacağınızı, bunun için hangi mekanik stresin kabul edilebilir olacağını vb. bilmek için fiziksel özelliklerini öğrenmelisiniz. Çok sık dikkat edilen önemli özelliklerden biri elastisite modülüdür.

Aşağıda, inşaat ve onarım işlerinde en popüler malzemelerden biri olan çelik ile ilgili olarak kavramın yanı sıra bu değeri ele alacağız. Bu göstergeler, bir örnek olması açısından diğer materyaller için de dikkate alınacaktır.

Elastik modül - nedir bu?

Bir malzemenin elastikiyet modülü, bir katının, kendisine kuvvet uygulama koşulları altında elastik olarak deforme olma yeteneğini karakterize eden bir dizi fiziksel niceliktir. E harfi ile ifade edilir. Bu yüzden makalede daha ileri gidecek tüm tablolarda bahsedilecektir.

Esneklik değerini belirlemenin tek bir yolu olduğu söylenemez. Bu değerin araştırılmasına yönelik farklı yaklaşımlar, aynı anda birkaç farklı yaklaşımın olmasına yol açmıştır. Aşağıda, farklı malzemeler için bu özelliğin göstergelerini hesaplamak için üç ana yöntem bulunmaktadır:

• Young modülü (E), bir malzemenin elastik deformasyon altında herhangi bir gerilime veya sıkıştırmaya karşı direncini tanımlar. Young'ın varyantı, stresin sıkıştırıcı gerinim oranına göre belirlenir. Genellikle sadece esneklik modülü olarak adlandırılır.
• Sertlik modülü olarak da adlandırılan kesme modülü (G). Bu yöntem, bir malzemenin, normunu koruma koşulları altında, şekildeki herhangi bir değişikliğe direnme yeteneğini ortaya koymaktadır. Kesme modülü, kesme gerilmesine maruz kalan mevcut düzlemler arasındaki dik açıdaki değişiklik olarak tanımlanan kesme gerilmesinin kesme gerilmesine oranı olarak ifade edilir. Bu arada kesme modülü, viskozite gibi bir olgunun bileşenlerinden biridir.
• Yığın modülü (K), aynı zamanda yığın modülü olarak da adlandırılır. Bu seçenek, herhangi bir malzemeden yapılmış bir cismin, üzerine etkiyen, tüm yönlerde aynı olan, çok yönlü normal bir gerilme durumunda hacmini değiştirme yeteneğini ifade eder. Bu seçenek, hacimsel gerilim değerinin bağıl hacimsel sıkıştırma değerine oranı ile ifade edilir.
• Başka miktarlarda ölçülen ve farklı oranlarda ifade edilen başka esneklik göstergeleri de vardır. Esneklik göstergeleri için hala çok iyi bilinen ve popüler olan diğer seçenekler, Lamé parametreleri veya Poisson oranıdır.

Malzemelerin esneklik göstergeleri tablosu

Çeliğin bu özelliğine doğrudan geçmeden önce, bir örnek ve ek bilgi olarak, diğer malzemelerle ilgili olarak bu değere ilişkin verileri içeren bir tabloyu ele alalım. Veriler MPa cinsinden ölçülür.

Çeşitli malzemelerin elastik modülü

Yukarıdaki tablodan görebileceğiniz gibi, bu değer farklı malzemeler için farklıdır, ayrıca, bu göstergeyi hesaplamak için bir veya daha fazla seçenek dikkate alınırsa gösterge farklıdır. Herkes, kendisine en uygun göstergeleri incelemek için tam olarak bu seçeneği seçmekte özgürdür. Belki de, bu açıdan belirli bir materyali karakterize etmek için daha sık kullanıldığından, Young modülünü dikkate almak tercih edilir.

Diğer malzemelerin bu özelliğinin verilerini kısaca tanıdıktan sonra, doğrudan bireysel çeliğin özelliklerine geçeceğiz.

Başlangıç ​​olarak, kuru sayılara dönelim ve farklı çelik türleri ve çelik yapılar için bu özelliğin çeşitli göstergelerini türetelim:

• Art 3 ve Art olarak anılan kalitelerdeki çeliklerden yapılan döküm, sıcak haddelenmiş takviye için elastikiyet modülü (E). 5, 2.1 * 106 kg / cm ^ 2'ye eşittir.
• 25G2S ve 30KhG2S gibi çelikler için bu değer 2*106 kg/cm^2'dir.
• Periyodik profilli ve soğuk çekilmiş yuvarlak telli tel için, 1.8 * 106 kg / cm ^ 2'ye eşit bir esneklik değeri vardır. Soğuk düzleştirilmiş donatı için göstergeler benzerdir.
• Yüksek mukavemetli tel demetleri ve demetleri için değer 2 10 6 kg / cm ^ 2'dir.
• Çelik spiral halatlar ve metal çekirdekli halatlar için değer 1.5 · 104 kg/cm^2 iken, organik çekirdekli kablolar için bu değer 1.3 · 106 kg/cm^2'yi geçmez.
• Haddelenmiş çelik için kesme modülü (G) 8.4 · 106 kg / cm ^ 2'dir.
• Ve son olarak, Poisson'un çelik için oranı 0,3'tür.

Bunlar çelik ve çelik ürün türleri için genel verilerdir. Her değer, tüm fiziksel kurallara göre ve bu özelliğin değerlerini türetmek için kullanılan tüm mevcut oranlar dikkate alınarak hesaplanmıştır.

Çeliğin bu özelliği ile ilgili tüm genel bilgiler aşağıda verilecektir. Değerler hem Young modülünde hem de kesme modülünde, hem bazı ölçü birimlerinde (MPa) hem de diğerlerinde (kg/cm2, newton * m2) verilecektir.

Çelik ve çeşitli kaliteleri

Çeliğin esneklik göstergelerinin değerleri farklıdır, çünkü aynı anda farklı şekillerde hesaplanan ve hesaplanan birkaç modül vardır. Prensip olarak, göstergelerin büyük ölçüde farklılık göstermediği, çeşitli malzemelerin esnekliğine ilişkin farklı çalışmaların lehine tanıklık ettiği fark edilebilir. Ancak, gelecekte ona rehberlik etmek için belirli bir esneklik değeri seçmek yeterli olduğundan, tüm hesaplamalara, formüllere ve değerlere derinlemesine girmemelisiniz.

Bu arada, tüm değerleri sayısal oranlarda ifade etmez, ancak hemen alıp tamamen hesaplarsanız, çeliğin bu özelliği şuna eşit olacaktır: E = 200.000 MPa veya E = 2.039.000 kg / cm ^ 2.

Bu bilgi, esneklik modülü kavramını anlamanıza ve ayrıca çelik, çelik ürünler ve diğer birçok malzeme için bu özelliğin ana değerlerini tanımanıza yardımcı olacaktır.

Farklı çelik alaşımları ve diğer bileşikleri içeren farklı çelik yapılar için elastisite modülünün farklı olduğu unutulmamalıdır. Ancak bu koşullarda bile, göstergelerin çok farklı olmadığını fark edebilirsiniz. Çeliğin elastik modülünün değeri pratik olarak yapıya bağlıdır. ve ayrıca karbon içeriği. Çeliğin sıcak veya soğuk işleme yöntemi de bu göstergeyi büyük ölçüde etkileyemez.

stanok.guru

tehtab.ru

Young'ın elastisite modülü ve kayma, Poisson oran değerleri (Tablo)

cisimlerin elastik özellikleri

Yaygın olarak kullanılan sabitlerin referans tabloları aşağıda verilmiştir; bunlardan ikisi biliniyorsa, homojen bir izotropik katının elastik özelliklerini belirlemek için bu oldukça yeterlidir.

Young modülü veya dyne / cm2 cinsinden boyuna elastisite modülü.

Din / cm2 cinsinden kesme modülü veya burulma modülü G.

Dyne / cm2 cinsinden sıkıştırma modülü veya yığın modülü K.

Sıkıştırılabilirlik hacmi k = 1 / K /.

Poisson oranı µ, enine bağıl sıkıştırmanın boyuna bağıl gerilime oranına eşittir.

Homojen bir izotropik katı malzeme için, bu sabitler arasında aşağıdaki ilişkiler gerçekleşir:

G = E / 2 (1 + μ) - (α)

μ = (E / 2G) - 1 - (b)

K = E / 3 (1 - 2μ) - (c)

Poisson oranı pozitif bir işarete sahiptir ve değeri genellikle 0,25 ila 0,5 aralığındadır, ancak bazı durumlarda belirtilen sınırların dışına çıkabilir. µ'nin gözlemlenen değerleri ile formül (b) ile hesaplananlar arasındaki çakışma derecesi, malzemenin izotropisinin bir göstergesidir.

Young Elastisite Modülü, Kesme Modülü ve Poisson Oranı Tabloları

(a), (b), (c) bağıntılarından hesaplanan değerler italik olarak verilmiştir.

Aşağıdaki deneysel sonuçlar, genel olarak teller olmak üzere yaygın laboratuvar malzemeleri içindir.

infotables.ru

Elastik modül (Young modülü) | Kaynak dünyası

Elastik modülü

Elastik modül (Young modülü) E - bir malzemenin elastik deformasyon altında gerilmeye / sıkıştırmaya karşı direncini veya bir nesnenin bu eksen boyunca bir kuvvete maruz kaldığında bir eksen boyunca deforme olma özelliğini karakterize eder; gerilmenin uzamaya oranı olarak tanımlanır. Young modülü genellikle basitçe elastik modül olarak adlandırılır.

1 kgf/mm2 = 10-6 kgf/m2 = 9,8 106 N/m2 = 9,8 107 dyn/cm2 = 9,81 106 Pa = 9,81 MPa

Edebiyat

1. Kısa bir fiziksel ve teknik referans kitabı. Cilt 1 / Toplamın altında. ed. K.P. Yakovleva. M.: FİZMATGİZ. 1960 .-- 446 s.
2. Demir dışı metallerin kaynağına ilişkin referans kitabı / S.M. Gurevich. Kiev.: Naukova Dumka. 1981.680 sn.
3. Temel fizik el kitabı / N.N. Koshkin, M.G. Shirkevich. M., Bilim. 1976.256 sn.
4. Fiziksel büyüklük tabloları. Dizin / Ed. I.K. Kikoina. M., Atomizdat. 1976, 1008 s.

kaynak dünyası.ru

METALLER MEKANİK ÖZELLİKLER | Dünya Çapında Ansiklopedi

METALLER MEKANİK ÖZELLİKLERİ. Bir metal numuneye bir kuvvet veya bir kuvvetler sistemi etki ettiğinde, şeklini değiştirerek (deforme ederek) buna tepki verir. Kuvvetlerin türüne ve yoğunluğuna bağlı olarak bir metal numunenin davranışını ve son durumunu belirleyen çeşitli özelliklere metalin mekanik özellikleri denir.

Numune üzerine etkiyen kuvvetin yoğunluğuna stres denir ve etki ettiği alana göre toplam kuvvet olarak ölçülür. Deformasyon, uygulanan gerilimlerin neden olduğu numunenin boyutlarındaki nispi değişimi ifade eder.

ELASTİK VE PLASTİK DEFORMASYON, TAHRİBAT

Metal numuneye uygulanan stres çok büyük değilse, deformasyonu elastik olur - stres kaldırılır kaldırılmaz şekli geri yüklenir. Bazı metal yapılar kasıtlı olarak elastik olarak deforme olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu nedenle, yaylar genellikle oldukça büyük bir elastik deformasyon gerektirir. Diğer durumlarda, elastik deformasyon en aza indirilir. Köprüler, kirişler, mekanizmalar, cihazlar mümkün olduğunca sağlam yapılır. Bir metal numunenin elastik deformasyonu, üzerine etki eden kuvvet veya kuvvetlerin toplamı ile orantılıdır. Bu, gerilmenin elastik deformasyona eşit olduğu ve elastik modül olarak adlandırılan sabit bir orantı katsayısı ile çarpılan Hooke yasası ile ifade edilir: s = eY, burada s stres, e elastik deformasyon ve Y elastik modüldür (Young modülü ). Bir dizi metalin elastik modülleri tabloda sunulmaktadır. 1.

Bu tablodaki verileri kullanarak, örneğin, bir kenarı 1 cm olan kare kesitli bir çelik çubuğu uzunluğunun %0,1'i kadar germek için gereken kuvveti hesaplayabilirsiniz:

F = YґAґDL / L = 200.000 MPa ґ 1 cm2ґ0,001 = 20.000 N (= 20 kN)

Elastik sınırını aşan bir metal numuneye gerilimler uygulandığında, plastik (geri dönüşü olmayan) deformasyona neden olarak şeklinde geri dönüşü olmayan bir değişikliğe neden olur. Daha yüksek gerilimler malzemenin tahribatına neden olabilir.

Yüksek elastikiyet istenen metal malzeme seçiminde en önemli kriter akma dayanımıdır. En iyi yay çelikleri, en ucuz inşaat çelikleri ile pratik olarak aynı elastikiyet modülüne sahiptir, ancak yay çelikleri, daha yüksek akma gerilimine sahip olduklarından, çok daha yüksek gerilimlere ve dolayısıyla plastik deformasyon olmaksızın çok daha büyük elastik deformasyonlara dayanabilir.

Metalik bir malzemenin plastik özellikleri (elastikin aksine) füzyon ve ısıl işlemle değiştirilebilir. Böylece benzer yöntemlerle demirin akma noktası 50 kat arttırılabilir. Saf demir, zaten 40 MPa'lık gerilimlerde bir akışkanlık durumuna geçerken, %0.5 karbon ve birkaç yüzde krom ve nikel içeren çeliklerin akma noktası, 950 ° C'ye ısıtıldıktan ve söndürüldükten sonra 2000 MPa'ya ulaşabilir. .

Bir metal malzeme akma noktasının ötesinde yüklendiğinde, plastik olarak deforme olmaya devam eder, ancak deformasyon sırasında sertleşir, bu nedenle deformasyonu daha da artırmak için daha fazla stres gerekir. Bu fenomene deformasyon veya mekanik sertleşme (ve ayrıca iş sertleşmesi) denir. Bir metal teli bükerek veya tekrar tekrar bükerek gösterilebilir. Metal ürünlerin sertleştirilmesi genellikle fabrikalarda yapılır. Pirinç levhalar, bakır teller, alüminyum çubuklar, nihai ürün için gerekli sertliğe göre soğuk haddelenebilir veya soğuk çekilebilir.

germe

Malzemeler için gerilim ve gerinim arasındaki ilişki genellikle çekme testleri gerçekleştirilerek araştırılır ve böylece bir çekme diyagramı elde edilir - yatay ekseni boyunca deformasyonun biriktiği bir grafik ve dikey eksen boyunca stres (Şekil 1). Numunenin enine kesiti gerildiğinde azalmasına (ve uzunluğun artmasına) rağmen, gerilme genellikle gerçek gerilmeyi verecek olan azaltılmış olandan ziyade orijinal enine kesit alanına kuvvet başvurularak hesaplanır. Küçük deformasyonlarda bu gerçekten önemli değil, ancak büyük deformasyonlarda gözle görülür bir farka yol açabilir. İncirde. Şekil 1, eşit olmayan plastisiteye sahip iki malzeme için gerinim-gerilme eğrilerini göstermektedir. (Plastiklik, bir malzemenin kırılmadan, aynı zamanda yükü kaldırdıktan sonra orijinal şekline dönmeden uzama yeteneğidir.) Her iki eğrinin ilk doğrusal bölümü, plastik akışının başladığı akma noktasında sona erer. Daha az sünek bir malzeme için diyagramdaki en yüksek nokta olan çekme mukavemeti kırılmaya karşılık gelir. Daha sünek bir malzeme için, deformasyon sırasında enine kesitteki azalma oranı, sertleşme hızından daha büyük olduğunda çekme mukavemetine ulaşılır. Test sırasında bu aşamada boyunlama (kesitin yerel olarak hızlandırılmış küçültülmesi) başlar. Numunenin yük taşıma kapasitesi azalsa da boyundaki malzeme sertleşmeye devam eder. Test boyun rüptürü ile sona erer.

Bir dizi metal ve alaşımın çekme mukavemetini karakterize eden değerlerin tipik değerleri tabloda sunulmaktadır. 2. Aynı malzeme için bu değerlerin işleme bağlı olarak büyük ölçüde değişebileceğini görmek kolaydır.

Sıkıştırma.

Basma altındaki elastik ve plastik özellikler, genellikle gerilim altında gözlenenlere çok benzer (Şekil 2). Basınçtaki geleneksel gerilme ile geleneksel gerinim arasındaki ilişkinin eğrisi, yalnızca numunenin enine kesiti sıkıştırma sırasında azalmadığı, aksine arttığı için gerilim için karşılık gelen eğrinin üzerindedir. Gerçek stres ve gerçek deformasyon grafiğin eksenleri boyunca çizilirse, gerilme sırasında kırılma daha erken meydana gelse de, eğriler pratik olarak çakışır.

Sertlik.

Bir malzemenin sertliği, plastik deformasyona direnme yeteneğidir. Çekme testi pahalı ve zaman alıcı olduğundan, genellikle daha basit sertlik testi kullanılır. Brinell ve Rockwell yöntemlerine göre test yapılırken, belirli bir yük ve yükleme hızında metal yüzeye bir "indenter" (top veya piramit şeklinde bir uç) bastırılır. Daha sonra baskının boyutu ölçülür (genellikle otomatik olarak yapılır) ve ondan sertlik indeksi (sayısı) belirlenir. Baskı ne kadar küçük olursa, sertlik o kadar büyük olur. Sertlik ve akma gerilimi biraz karşılaştırılabilir özelliklerdir: genellikle biri arttıkça diğeri de artar.

Metalik malzemelerde maksimum akma dayanımı ve sertlik her zaman arzu edilir gibi görünebilir. Aslında durum böyle değil ve sadece ekonomik nedenlerle değil (sertleştirme işlemleri ek maliyetler gerektirir).

İlk olarak, malzemelerin çeşitli ürünlere şekillendirilmesi gerekir ve bu genellikle plastik deformasyonun önemli bir rol oynadığı işlemler (haddeleme, damgalama, presleme) kullanılarak yapılır. Metal kesme makinesinde işleme yaparken bile plastik deformasyon çok önemlidir. Malzemenin sertliği çok yüksekse, şekillendirmek için çok fazla kuvvet gerekir ve bunun sonucunda kesici takımlar çabuk aşınır. Bu tür bir zorluk, metaller daha yumuşak hale geldikçe yüksek sıcaklıklarda işlenerek hafifletilebilir. Sıcak işleme mümkün değilse, metal tavlama kullanılır (yavaş ısıtma ve soğutma).

İkincisi, metalik malzeme sertleştikçe genellikle sünekliğini kaybeder. Diğer bir deyişle, bir malzeme, akma gerilimi çok büyükse, hemen kırılmaya neden olan gerilimlere kadar plastik deformasyon meydana gelmezse kırılgan hale gelir. Tasarımcı genellikle bazı orta sertlik ve süneklik seviyeleri seçmek zorundadır.

Darbe mukavemeti ve kırılganlık.

Viskozite kırılganlığın tersidir. Bu, bir malzemenin darbe enerjisini emerek yıkıma direnme yeteneğidir. Örneğin cam kırılgandır çünkü plastik deformasyon yoluyla enerjiyi ememez. Bir yumuşak alüminyum levha üzerinde eşit derecede keskin bir darbe ile, alüminyum plastik deformasyon yeteneğine sahip olduğundan, darbenin enerjisini emdiği için büyük stresler ortaya çıkmaz.

Darbe dayanımı için metalleri test etmek için birçok farklı yöntem vardır. Charpy yöntemini kullanırken, prizmatik çentikli bir metal numune, geri çekilmiş bir sarkacın etkisine maruz bırakılır. Numuneyi kırmak için harcanan iş, sarkaçın çarpmadan sonra saptığı mesafe ile belirlenir. Bu tür testler, çeliklerin ve birçok metalin düşük sıcaklıklarda kırılgan, ancak yüksek sıcaklıklarda sünek davrandığını göstermektedir. Gevrek davranıştan sünek davranışa geçiş, genellikle orta noktası gevrek-sünek geçiş sıcaklığı olarak adlandırılan oldukça dar bir sıcaklık aralığında meydana gelir. Diğer darbe testleri de bu geçişi gösterir, ancak ölçülen geçiş sıcaklığı, çentik derinliğine, numune boyutuna ve şekline ve darbe yükleme yöntemine ve hızına bağlı olarak testten teste değişir. Test türlerinin hiçbiri tüm çalışma koşullarını yeniden üretmediğinden, darbe testleri yalnızca farklı malzemelerin karşılaştırılmasına izin verdiği için değerlidir. Bununla birlikte, gevrek kırılma eğilimi üzerinde füzyon, üretim teknolojisi ve ısıl işlemin etkisi hakkında birçok önemli bilgi sağladılar. Çelikler için Charpy V-çentik yöntemi ile ölçülen geçiş sıcaklığı +90 °C'ye ulaşabilir, ancak uygun alaşım katkıları ve ısıl işlem ile -130 °C'ye düşürülebilir.

Gevrek kırılma, beklenmedik boru hattı yırtılmaları, basınçlı kapların ve depolama tanklarının patlamaları ve köprülerin çökmesi gibi çok sayıda kazanın nedeni olmuştur. En ünlü örnekler arasında, gövdeleri yolculuk sırasında beklenmedik bir şekilde birbirinden ayrılan çok sayıda Liberty sınıfı açık deniz gemisi sayılabilir. Soruşturma, Liberty gemilerinin başarısızlığının, özellikle, iç gerilimler bırakan yanlış kaynak teknolojisinden, kaynaklı dikişin bileşimi üzerinde zayıf kontrolden ve yapısal kusurlardan kaynaklandığını gösterdi. Laboratuvar testleri sonucunda elde edilen bilgiler, bu tür kazaların olasılığını önemli ölçüde azaltmayı mümkün kıldı. Tungsten, silikon ve krom gibi bazı malzemelerin normal koşullar altında gevrek-sünek geçiş sıcaklığı, oda sıcaklığından çok daha yüksektir. Bu tür malzemeler genellikle kırılgan olarak kabul edilir ve yalnızca ısıtıldığında plastik deformasyonla şekillendirilebilir. Aynı zamanda, bakır, alüminyum, kurşun, nikel, bazı kalitelerdeki paslanmaz çelikler ve diğer metaller ve alaşımlar, azalan sıcaklıkla hiç kırılgan hale gelmezler. Gevrek kırılma hakkında zaten çok şey bilinmesine rağmen, bu fenomen henüz tam olarak anlaşılmış sayılmaz.

Tükenmişlik.

Yorulma, bir yapının döngüsel yükler altında kırılmasıdır. Bir parça bir yönde büküldüğünde, yüzeyleri dönüşümlü olarak sıkıştırma ve gerilime maruz kalır. Yeterince fazla sayıda yükleme döngüsü ile, kırılma, tek bir yük durumunda arızanın meydana geldiği durumlardan önemli ölçüde daha düşük gerilimlere neden olabilir. Değişen gerilimler, yerel plastik deformasyona ve malzemenin gerinim sertleşmesine neden olarak zamanla küçük çatlaklara neden olur. Bu tür çatlakların uçlarına yakın yerlerdeki gerilimlerin yoğunlaşması onların büyümesine neden olur. Çatlaklar başlangıçta yavaş büyür, ancak yükleme kesiti azaldıkça çatlak uçlarındaki gerilmeler artar. Bu durumda, çatlaklar daha hızlı büyür ve sonunda parçanın tüm bölümüne anında yayılır. Ayrıca bkz. İMHA MEKANİZMALARI.

Yorgunluk, çalışma koşullarında yapısal başarısızlığın açık ara en yaygın nedenidir. Döngüsel yükleme altında çalışan makine parçaları buna özellikle duyarlıdır. Uçak endüstrisinde, titreşim nedeniyle yorulmanın çok önemli bir sorun olduğu kanıtlanmıştır. Yorulma arızasını önlemek için, uçak ve helikopter parçaları sık sık kontrol edilmeli ve değiştirilmelidir.

Sürünme.

Sürünme (veya sürünme), sabit bir yük altında bir metalin plastik deformasyonunun yavaş birikmesidir. Jet motorlarının, gaz türbinlerinin ve roketlerin ortaya çıkmasıyla birlikte, malzemelerin yüksek sıcaklıklardaki özellikleri giderek daha önemli hale geldi. Teknolojinin birçok alanında, daha fazla gelişme, malzemelerin yüksek sıcaklıktaki mekanik özellikleriyle ilişkili sınırlamalar tarafından sınırlandırılmaktadır.

Normal sıcaklıklarda, plastik deformasyon, karşılık gelen bir gerilim uygulandığında hemen hemen anında başlar ve daha sonra çok az artar. Yüksek sıcaklıklarda metaller sadece yumuşamakla kalmaz, aynı zamanda deforme olur, böylece deformasyon zamanla büyümeye devam eder. Bu zamana bağlı deformasyon veya sürünme, uzun süreler boyunca yüksek sıcaklıklarda çalışması gereken yapıların ömrünü sınırlayabilir.

Stres ne kadar yüksek ve sıcaklık ne kadar yüksek olursa, sürünme hızı da o kadar yüksek olur. Tipik sürünme eğrileri Şekil 2'de gösterilmektedir. 3. Hızlı (kararsız) sürünmenin ilk aşamasından sonra bu hız azalır ve neredeyse sabit hale gelir. Yıkımdan önce sürünme hızı tekrar artar. Sürünmenin kritik hale geldiği sıcaklık, farklı metaller için aynı değildir. Telefon şirketleri, normal ortam sıcaklıklarında çalışan kurşun kılıflı havai kabloların sürünmesinden endişe duyuyor; ancak bazı özel alaşımlar 800 °C'de aşırı sünme göstermeden çalışabilir.

Parçaların sürünme koşulları altındaki hizmet ömrü, izin verilen maksimum deformasyon veya yıkım ile belirlenebilir ve tasarımcı her zaman bu iki seçeneği akılda tutmalıdır. Türbin kanatları gibi yüksek sıcaklıklarda uzun süreli çalışma için tasarlanmış ürünlerin imalatı için malzemelerin uygunluğunu önceden değerlendirmek zordur. Beklenen hizmet ömrüne eşit bir süre için test yapmak genellikle pratik olarak imkansızdır ve kısa süreli (hızlandırılmış) testlerin sonuçlarının daha uzun sürelere çıkarılması kolay değildir, çünkü tahribatın doğası değişebilir. Süper alaşımların mekanik özellikleri sürekli olarak gelişiyor olsa da, metal fizikçileri ve malzeme bilimcileri her zaman daha yüksek sıcaklıklara dayanabilen malzemeler yaratma zorluğuyla karşı karşıya kalacaklardır. Ayrıca bkz. FİZİKSEL METALLER.

KRİSTAL YAPI

Yukarıda, mekanik yüklerin etkisi altındaki metallerin davranışını yöneten genel yasaları tartıştık. İlgili fenomeni daha iyi anlamak için metallerin atomik yapısını dikkate almak gerekir. Tüm katı metaller kristal maddelerdir. Doğru üç boyutlu kafese karşılık gelen atomların düzeni olan kristallerden veya tanelerden oluşurlar. Bir metalin kristal yapısının atomik düzlemlerden veya katmanlardan oluştuğu düşünülebilir. Bir kesme gerilimi uygulandığında (bir metal örneğinin iki bitişik düzleminin zıt yönlerde birbirine doğru kaymasına neden olan bir kuvvet), bir atom tabakası atomlar arası bir mesafeyi hareket ettirebilir. Bu kayma yüzeyin şeklini etkiler, ancak kristal yapıyı etkilemez. Bir katman birçok atomlar arası mesafe ile yer değiştirirse, yüzeyde bir "basamak" oluşur. Tek tek atomlar mikroskop altında görülemeyecek kadar küçük olmasına rağmen, kayma ile oluşan adımlar mikroskop altında açıkça görülebilir ve kayma çizgileri olarak adlandırılır.

Günlük olarak karşılaştığımız yaygın metal nesneler polikristaldir, yani. Her biri kendi atomik düzlem yönelimine sahip çok sayıda kristalden oluşur. Sıradan bir polikristal metalin deformasyonunun, her kristalde atomik düzlemler boyunca kayma nedeniyle meydana gelen tek bir kristalin deformasyonu ile ortak bir yanı vardır. Bozulmamış kristallerin sınırları boyunca gözle görülür bir kayması, yalnızca yüksek sıcaklıklarda sürünme koşulları altında gözlenir. Bir kristalin veya tanenin ortalama boyutu, bir santimetrenin birkaç binde biri ile birkaç onda biri arasında değişebilir. İnce tanenin mekanik özellikleri iri taneninkinden daha iyi olduğu için daha ince tane olması arzu edilir. Ayrıca ince taneli metaller daha az kırılgandır.

Kayma ve çıkık.

Laboratuvarda büyütülen metallerin tek kristalleri üzerinde kayma işlemleri daha detaylı olarak incelenmiştir. Aynı zamanda, kaymanın yalnızca belirli yönlerde ve genellikle oldukça belirli düzlemler boyunca meydana geldiği değil, aynı zamanda tek kristallerin çok düşük gerilmelerde deforme olduğu da netleşti. Tek kristallerin akışkanlık durumuna geçişi, alüminyum için 1'de ve demir için 15-25 MPa'da başlar. Ancak teorik olarak bu geçiş her iki durumda da yakl. 10.000 MPa. Deneysel veriler ve teorik hesaplamalar arasındaki bu tutarsızlık, uzun yıllar önemli bir sorun olarak kaldı. 1934'te Taylor, Polanyi ve Orowan, kristal kusurları kavramına dayalı bir açıklama önerdiler. Kayma sırasında, önce atom düzleminde bir noktada bir yer değiştirme olduğunu ve bunun daha sonra kristal boyunca yayıldığını öne sürdüler. Yer değiştirmiş ve yer değiştirmemiş bölgeler arasındaki sınır (Şekil 4), dislokasyon adı verilen kristal yapının doğrusal bir kusurudur (şekilde, bu çizgi, şeklin düzlemine dik olarak kristalin içine girer). Kristale bir kesme gerilimi uygulandığında, dislokasyon hareket eder ve kristalin bulunduğu düzlem boyunca kaymasına neden olur. Dislokasyonlar oluştuktan sonra, kristal üzerinde çok kolay hareket ederler, bu da tek kristallerin "yumuşaklığını" açıklar.

Metal kristallerde, genellikle birçok çıkık vardır (tavlanmış metal kristalin bir santimetre küpündeki toplam çıkık uzunluğu 10 km'den fazla olabilir). Ancak 1952'de Bell Telephone Corporation laboratuvarlarından bilim adamları, bükülmek için çok ince kalay bıyıklarını test ederek, şaşırtıcı bir şekilde, bu tür kristallerin bükülme mukavemetinin, mükemmel kristaller için teorik değere yakın olduğunu keşfettiler. Daha sonra, son derece güçlü bıyıklar ve diğer birçok metal keşfedildi. Böyle yüksek bir mukavemetin, bu tür kristallerde ya hiç çıkık olmamasından ya da kristalin tüm uzunluğu boyunca bir çıkık olmasından kaynaklandığı varsayılmaktadır.

Sıcaklık etkileri.

Yüksek sıcaklıkların etkisi, dislokasyon ve tane yapısı kavramlarına dayalı olarak açıklanabilir. Gerinimle sertleştirilmiş metal kristallerindeki çok sayıda dislokasyon, kristal kafesini bozar ve kristal enerjisini arttırır. Metal ısındığında, atomlar hareketli hale gelir ve kendilerini daha az dislokasyon içeren yeni, daha mükemmel kristaller halinde yeniden düzenlerler. Bu yeniden kristalleşme, metallerin tavlanması sırasında gözlenen yumuşama ile ilişkilidir.

www.krugosvet.ru

Young modül tablosu. Elastik modülü. Young Modülünün Tanımı.

www.kilomol.ru

Bazı malzemeler için elastik modüller ve Poisson oranları 013

Temel evin altına hangi derinliğe kadar dökülmelidir?