POWRÓT

NAUKA O MATERIAŁACH

Praktyczny dobór materiałów konstrukcyjnych na lekkie i wytrzymałe konstrukcje.


Spis treści rozdziału - tutaj kliknij

Porównanie gęstości i wytrzymałości materiałów
Dobór materiału na sprężynę płaską

 

Porównanie gęstości i wytrzymałości materiałów

   

Jakie materiały wybrać na lekką i wytrzymałą konstrukcję?

   Wytrzymałość σf (granica plastyczności dla metali i polimerów, wytrzymałość na ściskanie dla ceramiki, wytrzymałość na rozdarcie elastomerów, wytrzymałość na rozciąganie dla kompozytów) w zestawieniu z gęstością ρ.

   Na rysunku zamieszczonym niżej porównano gęstość i wytrzymałość materiałów. Gęstość materiałów zawarta jest między 0,01 g/cm3 dla pianek polimerowych i korka do 22,5 g/cm3 dla osmu. Stopy metali mają dużą gęstość, ponieważ zbudowane są z ciężkich atomów o gęstym upakowaniu. Polimery mają natomiast gęstość małą, gdyż są zbudowane z węgla i azotu tworząc liniową, dwu- lub trójwymiarową sieć. Materiały ceramiczne w większości mają gęstość mniejszą od metali, ponieważ zawierają lekkie atomy C, N i O. Pianki polimerowe cechują się natomiast bardzo dużym udziałem porów. Ze względu na sposób obliczeń inżynierskich, wytrzymałość w przypadku metali i polimerów przyjęto jako granicę plastyczności, w przypadku materiałów ceramicznych - jako wytrzymałość na ściskanie, dla elastomerów – jako wytrzymałość na rozdarcie, a dla materiałów kompozytowych – jako wytrzymałość na rozciąganie.

Wykres zależności wytrzymałości σ w zestawieniu z gęstością ρ
http://www.grantadesign.com

   Na wykresie linie przewodnie (kolor niebieski) odpowiadające stałej wartości wskaźników σf/ρ, σf2/3/ρ, σf1/2/ρ umożliwiają dobór materiałów na konstrukcje o minimalnej masie i minimalnym odkształceniu plastycznym.

   Tak rozumiana wytrzymałość materiałów inżynierskich zawarta jest w zakresie od 0,1 MPa dla pianek polimerowych do 104 MPa w przypadku diamentu. Najbardziej wytrzymałe są materiały ceramiczne,od których 10- do 100-krotnie mniejszą wytrzymałość mają stopy metali i materiały kompozytowe. Porównywalną ze sobą, lecz 10-krotnie mniejszą od metali, wytrzymałość wykazują polimery oraz drewno i produkty z niego. Ceramika porowata ma wytrzymałość zbliżoną do stopów metali.

Do góry


 

Dobór materiałów na sprężynę płaską

   

Zadanie

   Dobierz materiał na sprężynę o kształcie blaszki, prostokątnej w przekroju, podpartej na końcach i obciążonej w środku siłą F, ugina się o wartość delta δ

Dane wyjściowe

Sprężyna o kształcie blaszki, prostokątnej w przekroju, podpartej na końcach i obciążonej w środku siłą F, ugina się o wartość delta δ

Największe naprężenie na powierzchni wynosi

Warunkiem poprawnej pracy jest aby w trakcie użytkowania nie nastąpiło trwałe odkształcenie. Jednocześnie maksymalne naprężenia nie mogą przekraczać naprężeń niszczących

Najlepsze będą materiały dla których największy będzie wskaźnik M

Gdzie położone są najkorzystniejsze materiały?

http://www.grantadesign.com

Wybrane materiały to

Które i w jakich warunkach należy zastosować?

   Sprawdź, czy dane zamieszczone w powyższej tabeli, znajdują się w obszarze poszukiwań, a jeżeli tak to jaki będzie najbardziej racjonalny wybór materiału.

Do góry


   

 

 (C) 2010 - 2019 Wydział Przyrodniczo - Techniczny KPSW. All Rights Reserved