Wytrzymałość - Toughness

Wytrzymałość określona przez obszar pod krzywą naprężenia-odkształcenia

W inżynierii materiałowej i metalurgii , wytrzymałość jest to zdolność materiału do pochłaniania energii i plastycznie odkształcać bez szczelinowania. Jedną z definicji wytrzymałości materiału jest ilość energii na jednostkę objętości, jaką materiał może wchłonąć przed pęknięciem . Ta miara wiązkości różni się od stosowanej dla odporności na kruche pękanie , która opisuje nośność materiałów z wadami. Określa się ją również jako odporność materiału na pękanie pod wpływem naprężeń .

Wytrzymałość wymaga równowagi siły i plastyczności .

Wytrzymałość i siła

Wytrzymałość jest związana z obszarem pod krzywą naprężenie-odkształcenie . Aby materiał był wytrzymały, musi być zarówno wytrzymały, jak i plastyczny. Na przykład kruche materiały (takie jak ceramika), które są mocne, ale o ograniczonej ciągliwości, nie są twarde; z drugiej strony, bardzo ciągliwe materiały o niskiej wytrzymałości również nie są wytrzymałe. Aby być wytrzymałym, materiał powinien wytrzymywać zarówno duże naprężenia, jak i duże odkształcenia. Ogólnie rzecz biorąc, wytrzymałość wskazuje, jaką siłę może wytrzymać materiał, podczas gdy wytrzymałość wskazuje, ile energii materiał może wchłonąć przed pęknięciem.

Definicja matematyczna

Wytrzymałość można określić przez całkowanie krzywej naprężenie-odkształcenie. Jest to energia mechanicznego odkształcenia na jednostkę objętości przed pęknięciem. Wyraźny opis matematyczny to:

gdzie

  • jest napięcie?
  • jest obciążeniem po niepowodzeniu?
  • jest stres

Inną definicją jest zdolność do pochłaniania energii mechanicznej aż do punktu awarii. Obszar pod krzywą naprężenie-odkształcenie nazywa się wytrzymałością.

Jeżeli górna granica integracji do granicy plastyczności jest ograniczona, energia pochłonięta na jednostkę objętości jest znana jako moduł sprężystości . Matematycznie moduł sprężystości można wyrazić jako iloczyn kwadratu granicy plastyczności podzielonej przez dwukrotność modułu sprężystości Younga. To jest,

Moduł sprężystości = Stres wydajności 2/2 (moduł Younga)

Testy wytrzymałościowe

Wytrzymałość materiału można zmierzyć za pomocą małej próbki tego materiału. Typowa maszyna wytrzymałościowa wykorzystuje wahadło do odkształcenia karbowanej próbki o określonym przekroju. Wysokość, z której wahadło spadło, pomniejszona o wysokość, na jaką wzniosło się po odkształceniu próbki, pomnożona przez ciężar wahadła jest miarą energii pochłoniętej przez próbkę podczas jej deformacji podczas zderzenia z wahadłem. W Charpy'ego i Izod testy wytrzymałości karbem typowe ASTM badania w celu ustalenia ciągliwość.

Jednostka wytrzymałości

Wytrzymałość na rozciąganie (lub energii odkształcenia , U , T ) jest mierzona w jednostkach dżuli na metr sześcienny (J-m -3 ) w SI systemu i inch- funta siły na cal sześcienny (w · lbf · w -3 ), w Jednostki zwyczajowe w USA .
1,00 Nm mm -30,000 145  w ° lbf · w -3 do 1,00 w ° lbf · W -3 ≃ 6,89 kN · mm -3 .

W układzie SI jednostkę wytrzymałości na rozciąganie można łatwo obliczyć, wykorzystując pole pod krzywą naprężenie-odkształcenie ( σε ), która daje wartość wytrzymałości na rozciąganie, jak podano poniżej:

U T = pole pod skrajnych szczepu ( σ - ε ) krzywa = σ x ε
U T [=] P / A x AL / l = (Nm -2 ) · (bezwymiarowy)
U T [=] N-m-m -3
U T [=] J-m -3

Zobacz też

Bibliografia