Modern Materials - Latvian

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Modern Materials - presentation meant for Chemical students.

Text of Modern Materials - Latvian

  • Msdienu materili konstrukciju projektan

    Lekciju konspekts

    Andris ate un Andris Popovs

    Rgas Tehnisk Universitte

    Materilu un Konstrukciju institts

    Rga, 2008

  • 2

    Priekvrds.

    Lekciju kurss ir domts tiem RTU mijas fakulttes studentiem, kas vlas iepazties ar jauno, perspektvo materilu pielietoanas iespjm tautsaimniecb un tiem uzstdtm prasbm.

    in lekciju konspekt ir apskatti slaini, ar iedrm pastiprinti kompoztu materili, to stiprbas un stinguma jdzieni, prasbas konstruan, novrtanas kritriji un iespjamie pielietoanas apgabali un ierobeojumi.

    Lai izpildtu msdienu prasbas pc ltm, vieglm un ekspluatcij drom konstrukcijm ir jprkpj tradicionlo materilu pabu novrtanas un to pielietoanas stingrs robeas.

    No projekttja viedoka tiek apskattas tradicionls prasbas konstrukciju materiliem, bet galvenokrt uzsvars ir likts uz jauno prasbu analzi inovatviem materiliem un to aprinu metodm, kas ir nepiecieamas energoresursu ietaupoo konstrukciju projektanai un ekspluatcijai.

  • 3

    Satura rdtjs

    1. Materilu mehnisks pabas 4 1.1. Ievads 4

    1.2. Sprieguma un deformcijas jdzieni. 4 1.3. Elastgs deformcijas. Spriegumu un deformciju attiecbas 7 1.4. Materilu elastbas pabas 8 1.5. Stiepes pabas. Materila tecana un tecanas spriegums 10 1.6. Elastbas atgana pc plastiskm deformcijm 17

    2. Keramisko materilu mehnisks pabas 18 2.1. Stiprba liec 18 2.2 Elastbas pabas 19

    3. Polimru mehnisks pabas 20 3.1. Spriegumu-deformciju pabas 20 3.2. Viskozi-elastgs deformcijas 21

    4. Lzumi. 24 4.1. Elastgie lzumi 25 4.2. Lzumu mehnikas pamatjdzieni 25

    5. Materilu ilgizturba 30 5.1. Maingais spriegums 30 5.2. Plaisu izveidoans un augana 34 5.3. Plaisas auganas koeficients 34

    6. Materila de 38 6.1. des pabas 38 6.2. Sprieguma un temperatras ietekme 39

    7. Slainu materilu projektana 40 7.1. Ievads 40

    7.2. Projektanas kritriji un prasbas 49 7.3. Laminta stiprbas analze 49 7.4. Konstrukcijas atteices kritriji 72 7.5. Brvo malu efekts 74 7.6. odzes noturba 77 7.7. Ilgizturbas bojjumi no triecienveida slodzm 80 7.8. Rekomendcijas projektan 84

    Izmantot literatra. 89

  • 4

    1. Materilu mehnisks pabas.

    1.1. Ievads.

    Materili ekspluatcij ir pakauti rjiem spkiem jeb slodzm, k piemru var mint izgatavotos no alumnija sakausjuma lidmanu sprnus vai automanu trauda asis. Tdos gadjumos ir nepiecieams zint materilu raksturlielumu skaitlisks vrtbas un izgatavoto detau eometriskos izmrus, no kuriem aprinu ce iegst materilu pie-pu skaitlisks vrtbas un deformcijas.

    Materilu mehnisks pabas (the mechanical behavior of a material) atspoguo attiecbas starp to reakciju, t.i. deformcijm un pieliktm slodzm jeb spkiem.

    Vr emamas mehnisks pabas ir izturba, jeb pretestba (strength), cietba (hardness), elastgums jeb lokanba (ductility) un stingums (stiffness).

    Materilu mehnisks pabas tiek noteiktas laboratorijas eksperimentos pie no-teiktiem nosacjumiem (eksperimentu veikanas standarti). emamie vr faktori ir pie-likts slodzes un to darbbas laiks. Tie ir pieemti priek stiepes (tensile) un spiedes (compressive) slodzm vai bdes (shear), un to lielumi ir laik nemaingi vai neprtraukti maingi. Apkrtjai temperatrai ir svarga nozme.

    1.2. Sprieguma un deformcijas jdzieni (concepts of stress and strain). Ja slodze ir laik konstanta (load is static) (t.i. statiska slodze) vai ar ts izmaia

    laik notiek samr lni, un ir pielikta vienmrgi pa rsgriezuma laukuma virsmu tad pieem, ka tiek veikts vienkrs spriegumu-deformciju noteikanas izminjums (stress-strain test), metliskiem materiliem parasti to veic pie istabas temperatras.

    Ir pieemts, ka eksist trs pielikto slodu veidi: stiepe (tension), spiede (compression) un bde (shear), skat. zm. 1a,b,c.

    Zm.1. Slogojuma veidi.

  • 5

    Stiepes eksperiments (Tension Tests)

    Tas ir viens no visizplattkajiem materilu pabu noteikanas eksperimentiem. Materila paraugs tiek deformts parasti ldz salanai ar stiepes slodzi, kas pielikta pa parauga garenasi. Eksperimentos pielietotie materila paraugi ir standartizti pc to eo-metrisks formas un izmriem, lai vartu saldzint dads laboratorijs no viena un t paa materila iegtos rezulttus. Stiepes eksperimentos pielietot parauga standarts ir pardts zm.2.

    Zm.2. Apaa rsgriezuma laukuma stiepes eksperiment pielietotais materila

    paraugs.

    Parasti stiepes eksperimentos tiek pielietoti apaa rsgriezuma paraugi, bet var bt ar taisnstra veida rsgriezumi. Stiepes veikanas laik parauga deformcija, t.i. saau-rinans,, notiek apmram t vidusda. Parauga stiepanu veic ar specilm stiepes eks-perimentu veikanas manm, kuru shma attlota zm.3.

    Zm.3. Stiepes eksperimentu veikanas manas shematisks attlojums.

  • 6

    Eksperimenta rezultt iegst slodzes-deformcijas lkni. Inenierzintns pielieto jdzienus: spriegumi (engineering stress) un relatvs deformcijas (engineering stain), kas tiek definti sekojoi:

    Spriegums:

    A

    F

    0

    (1)

    F perpendikulri materila parauga rsgriezuma laukumam pieliktais spks, mra vienbas- tons (N) vai spka mrcia (pounds force-lb) (1 lb=4.45 N);

    A0 - parauga rsgriezuma laukums pirms slodzes pielikanas (mm2 vai in

    2 , 1

    in=25.4 mm). Sprieguma mrvienba ir megapaskls MPa (1 MPa=mm

    N21 ), vai ar

    psi (in

    pounds2 ), 1 psi=6890 Pa, 1000

    in

    pounds2 =6.89 Mpa.

    Relatv deformcija:

    l

    l

    l

    ll

    00

    01

    (2)

    eit l0 - parauga skotnjais garums pirms slodzes pielikanas,

    l1 - momentnais (instantaneous) garums.

    is lielums ir bezizmra deformcijas, atsevios gadjumos reizina ar 100, tad

    deformcija ir izteikta procentos.

    Spiedes eksperimenti (Compression Tests).

    Eksperiments spied ir ldzgs stiepes eksperimentam, atirgs ir tikai pielikt spka darbbas virziens. os eksperimentus galvenokrt veic materiliem, kam defor-mcijas ekspluatcij ir lielas, k ar tiem materiliem, kuri ir trausli stiep. Spied sprie-gumus analtiski rina tpat k stiep, tikai spriegumi ir ar mnuss zmi, jo spied pie-liktais spks ir ar mnuss zmi.

    Bdes un vrpes eksperimenti (Shear and Torsional Tests). Tras bdes slogojums ir pardts zm.1c, bdes spriegumu (shear stress) aprina

    pc formulas:

    A

    F

    0

    (3)

    eit slodze F pielikta paralli parauga augjai un apakjai plaknm, kuru laukumi ir

    A0 . Bdes deformcija (shear strain) ir definta k deformcijas lea tangenss.

    Bdes deformciju un spriegumu mrvienbas ir tdas paas k stiep. Vrpe ir trs bdes variants, kad detaa tiek savrpta, skat. zm.1d, vrpe izsauc

    detaas viena gala rsgriezuma pagriezienu ap garenais attiecb pret otru t galu. Vr-

    pes slogojuma piemri; manu asis, piedzias vrpstas. Bdes spriegums ir pro-

    porcionls pieliktajam vrpes spkam , bdes deformcija tiek izteikta ar savrpes

    lei .

  • 7

    1.3. Elastgs deformcijas. Spriegumu-deformciju attiecbas.

    Konstrukcijas un ts elementu deformciju lielums ir atkargs no tajos esoo sprie-gumu lieluma. Lielkai daai metlu stiepes spriegums un attiecg deformcija ir sav-starpji saistti ar attiecbu:

    (4)

    o izteiksmi sauc par Huka likumu (Hookes law), konstanti, jeb proporcionalittes koeficientu starp un , t.i. , sauc par materila elastbas moduli (the modulus of

    elasticity) jeb Junga moduli. Lielkai daai metlu elastbas modua lielums ir starp 45

    GPa ( 105.66 psi) magnijam ldz 407 GPa ( 1059

    6 psi) volframam.Polimriem mo-

    dua skaitlisk vrtba ir zemka nek metliem un ir starp 0.007 un 4 GPa, pie tam

    vrtba polimriem ir atkarga no apkrtjs vides temperatras un tabuls tiek dotas