Die Kraft von Materialien ist ein Thema in der Material-Wissenschaft der, sich mit der Fähigkeit eines Gegenstands befassend, einer angewandten Betonung ohne Misserfolg zu widerstehen.

Die Studie der Kraft von Materialien bezieht sich häufig auf verschiedene Methoden, Betonungen in Strukturmitgliedern, wie Balken, Säulen und Wellen zu berechnen. Die Methoden, die verwendet sind, um die Antwort einer Struktur unter dem Laden und seiner Empfänglichkeit für verschiedene Misserfolg-Weisen vorauszusagen, können verschiedene Eigenschaften der Materialien außer der materiellen Ertrag-Kraft und äußersten Kraft in Betracht ziehen; zum Beispiel ist der Misserfolg durch die Knickung von der materiellen Steifkeit und so dem Modul von Jungem abhängig.

Definitionen

In der Material-Wissenschaft ist die Kraft eines Materials seine Fähigkeit, einer angewandten Betonung ohne Misserfolg zu widerstehen.

Das Feld der Kraft von Materialien befasst sich mit Lasten, Deformierungen und den Kräften, die einem Material folgen.

Eine auf ein mechanisches Mitglied angewandte Last wird innere Kräfte innerhalb des Mitgliedes genannt Betonungen veranlassen. Die Betonungen, die der materiellen Ursache-Deformierung des Materials folgen. Die Deformierung des Materials wird Beanspruchung genannt, während die Intensität der inneren Kräfte Betonung genannt wird.

Die angewandte Betonung kann dehnbar, zusammenpressend sein, oder mähen. Die Kraft jedes Materials verlässt sich auf drei verschiedene Typen der analytischen Methode: Kraft, Steifkeit und Stabilität, wo sich Kraft auf die Lasttragfähigkeit, Steifkeit bezieht, beziehen sich auf die Deformierung oder Verlängerung, und Stabilität bezieht sich auf die Fähigkeit, seine anfängliche Konfiguration aufrechtzuerhalten. Materielle Ertrag-Kraft bezieht sich auf den Punkt auf der Technikbetonungsbeanspruchungskurve (im Vergleich mit der wahren Betonungsbeanspruchungskurve), außer dem das Material Deformierungen erfährt, die nach der Eliminierung des Ladens nicht völlig umgekehrt werden. Die äußerste Kraft bezieht sich auf den Punkt auf der Technikbetonungsbeanspruchungskurve entsprechend der Betonung, die Bruch erzeugt.

Typen von loadings

• Das Querladen - Kräfte haben Senkrechte auf die Längsachse eines Mitgliedes angewandt. Ladende Querursachen das Mitglied, um sich zu biegen und von seiner ursprünglichen Position mit inneren dehnbaren und zusammenpressenden Beanspruchungen abzuweichen, die die Änderung in der Krümmung des Mitgliedes begleiten. Das Querladen veranlasst auch scheren Kräfte, dass Ursache Deformierung des Materials schert und die Querablenkung des Mitgliedes vergrößert.
• Das axiale Laden - Die angewandten Kräfte sind collinear mit der Längsachse des Mitgliedes. Die Kräfte veranlassen das Mitglied, sich entweder zu strecken oder kürzer zu werden.
• Das Laden von Torsional - sich Drehende Handlung, die von einem Paar äußerlich angewandter gleicher und entgegengesetzt geleiteter Kraft-Paare verursacht ist, die parallelen Flugzeugen oder durch ein einzelnes Außenpaar folgen, hat für ein Mitglied gegolten, das ein gegen die Folge befestigtes Ende hat.

Betonungsbegriffe

Einachsige Betonung wird durch ausgedrückt

:

\sigma =\frac {F},

</Mathematik>

wo F die Kraft [N] das Folgen einem Gebiet [M] ist. Das Gebiet kann das unverformte Gebiet oder das verformte Gebiet je nachdem sein, ob Technikbetonung oder wahre Betonung von Interesse sind.

• Druckbetonung (oder Kompression) ist der Betonungsstaat, der durch eine angewandte Last verursacht ist, die handelt, um die Länge des Materials (Kompressionsmitglied) in der Achse der angewandten Last zu reduzieren, mit anderen Worten verursachten Staat durch das Drücken des Materials zu betonen. Ein einfacher Fall der Kompression ist die einachsige durch die Handlung des Gegenteils veranlasste Kompression, Kräfte stoßend. Die Druckkraft für Materialien ist allgemein höher als ihre Zugbelastung. Jedoch sind in der Kompression geladene Strukturen dem zusätzlichen Misserfolg-Weise-Abhängigen auf der Geometrie wie Knickung unterworfen.
• Dehnbare Betonung ist der Betonungsstaat, der durch eine angewandte Last verursacht ist, die dazu neigt, das Material in der Achse der angewandten Last, mit anderen Worten die verursachte Betonung durch das Ziehen des Materials zu verlängern. Die Kraft von Strukturen des gleichen bösen in der Spannung geladenen Schnittgebiets ist der Gestalt der bösen Abteilung unabhängig. In der Spannung geladene Materialien sind empfindlich, um Konzentrationen wie materielle Defekte oder plötzliche Änderungen in der Geometrie zu betonen. Jedoch können Materialien, die hämmerbares Verhalten (die meisten Metalle zum Beispiel) ausstellen, einige Defekte dulden, während spröde Materialien (wie Keramik) ganz unter ihrer äußersten materiellen Kraft scheitern können.
• Scherspannung ist der von einem Paar der gebauten Energie verursachte Betonungsstaat durch das Entgegensetzen Kräften, die entlang parallelen Linien der Handlung durch das Material, mit anderen Worten die Betonung handeln, die durch Gesichter des materiellen Schiebens hinsichtlich einander verursacht ist. Ein Beispiel schneidet Papier mit der Schere oder betont wegen des Torsional-Ladens.

Kraft-Begriffe

• Ertrag-Kraft ist die niedrigste Betonung, die eine dauerhafte Deformierung in einem Material erzeugt. In einigen Materialien, wie Aluminiumlegierung, ist der Punkt des Tragens schwierig sich zu identifizieren, so wird es gewöhnlich als die Betonung definiert, die erforderlich ist, 0.2-%-Plastikbeanspruchung zu verursachen. Das wird eine 0.2-%-Probebetonung genannt.
• Druckkraft ist ein Grenze-Staat der Druckbetonung, die zu Misserfolg auf diese Art des hämmerbaren Misserfolgs (unendlicher theoretischer Ertrag) oder spröden Misserfolgs führt (Bruch, weil das Ergebnis der Sprungfortpflanzung, oder entlang einem schwachen Flugzeug gleitend - Scherfestigkeit sieht).
• Zugbelastung oder äußerste Zugbelastung sind ein Grenze-Staat der dehnbaren Betonung, die zu dehnbarem Misserfolg auf diese Art des hämmerbaren Misserfolgs (Ertrag als die erste Stufe dieses Misserfolgs, einige führt, in der zweiten Bühne und Brechung nach einer möglichen "Hals"-Bildung hart werdend), oder spröden Misserfolgs (das plötzliche Brechen in zwei oder mehr Stücken an einem niedrigen Betonungsstaat). Zugbelastung kann entweder als wahre Betonung oder als Technikbetonung angesetzt werden.
• Erschöpfungskraft ist ein Maß der Kraft eines Materials oder eines Bestandteils unter dem zyklischen Laden, und ist gewöhnlich schwieriger zu bewerten als die statischen Kraft-Maßnahmen. Erschöpfungskraft wird als Betonungsumfang oder Betonungsreihe gewöhnlich an Nullmittelbetonung zusammen mit der Zahl von Zyklen zum Misserfolg unter dieser Bedingung der Betonung angesetzt.
• Einfluss-Kraft, ist die Fähigkeit zum Material, einer plötzlich angewandten Last zu widerstehen, und wird in Bezug auf die Energie ausgedrückt. Häufig gemessen mit dem Einfluss-Kraft-Test von Izod oder Einfluss-Test von Charpy, von denen beide die Einfluss-Energie messen, die erforderlich ist, eine Probe zu zerbrechen. Volumen, Modul der Elastizität, Vertrieb von Kräften und Ertrag-Kraft bewirken die Einfluss-Kraft eines Materials. In der Größenordnung von einem Material oder Gegenstand, eine höhere Einfluss-Kraft zu haben, müssen die Betonungen gleichmäßig überall im Gegenstand verteilt werden. Es muss auch ein großes Volumen mit einem niedrigen Modul der Elastizität und einer hohen materiellen Ertrag-Kraft haben.

Beanspruchung (Deformierung) Begriffe

• Die Deformierung des Materials ist die Änderung in der geschaffenen Geometrie, wenn Betonung (in der Form von Kraft-Laden, Schwerefeld, Beschleunigung, Thermalvergrößerung, usw.) angewandt wird. Deformierung wird durch das Versetzungsfeld des Materials ausgedrückt.
• Beanspruchung oder reduzierte Deformierung sind ein mathematischer Begriff, der die Tendenz der Deformierungsänderung unter dem materiellen Feld ausdrückt. Beanspruchung ist die Deformierung pro Einheitslänge. Im Fall vom einachsigen Laden - Versetzungen eines Musters (zum Beispiel ein Bar-Element) wird Beanspruchung als der Quotient der Versetzung und die Länge des Musters ausgedrückt. Für 3D-Versetzungsfelder wird es als Ableitungen von Versetzungsfunktionen in Bezug auf einen zweiten Ordnungstensor (mit 6 unabhängigen Elementen) ausgedrückt.
• Ablenkung ist ein Begriff, um den Umfang zu beschreiben, zu dem sich ein Strukturelement unter einer Last biegt.

Betonungsbeanspruchungsbeziehungen

• Elastizität ist die Fähigkeit eines Materials, zu seiner vorherigen Gestalt zurückzukehren, nachdem Betonung veröffentlicht wird. In vielen Materialien ist die Beziehung zwischen angewandter Betonung zur resultierenden Beanspruchung (bis zu einer bestimmten Grenze) direkt proportional, und ein Graph, der jene zwei Mengen vertritt, ist eine Gerade.

Der Hang dieser Linie ist als das Modul von Jungem oder das "Modul der Elastizität bekannt." Das Modul der Elastizität kann verwendet werden, um die Betonungsbeanspruchungsbeziehung im geradlinig-elastischen Teil der Betonungsbeanspruchungskurve zu bestimmen. Das geradlinig-elastische Gebiet ist entweder unter der Dehngrenze, oder wenn eine Dehngrenze auf dem Betonungsbeanspruchungsanschlag nicht leicht identifiziert wird, wird es definiert, um zwischen 0 und 0.2-%-Beanspruchung zu sein, und wird als das Gebiet der Beanspruchung definiert, in der, nicht (dauerhafte Deformierung) tragend, vorkommt.

• Knetbarkeit oder Plastikdeformierung sind das Gegenteil der elastischen Deformierung und werden als unwiedergutzumachende Beanspruchung definiert. Plastikdeformierung wird nach der Ausgabe der angewandten Betonung behalten. Die meisten Materialien in der geradlinig-elastischen Kategorie sind gewöhnlich zur Plastikdeformierung fähig. Spröde Materialien, wie Keramik, erfahren keine Plastikdeformierung und werden unter relativ niedriger Betonung zerbrechen. Materialien wie Metalle erfahren gewöhnlich einen kleinen Betrag der Plastikdeformierung vor dem Misserfolg, während hämmerbare Metalle wie Kupfer und Leitung oder Polymer viel mehr plastisch deformieren werden.

Denken Sie den Unterschied zwischen einer Karotte und gekautem Ballonkaugummi. Die Karotte wird sich sehr wenig vor dem Brechen strecken. Der gekaute Ballonkaugummi wird andererseits enorm vor dem Endbrechen plastisch deformieren.

Designbegriffe

Äußerste Kraft ist ein Attribut, das mit einem Material, aber nicht gerade einem spezifischen Muster verbunden ist, das aus dem Material gemacht ist, und als solcher wird es als die Kraft pro Einheit des bösen Abteilungsgebiets (N/m ²) angesetzt. Die äußerste Kraft ist die maximale Betonung, der ein Material widerstehen kann, bevor es bricht oder schwach wird. Zum Beispiel ist die äußerste Zugbelastung (UTS) von AISI 1018 Stahl 440 MN/m ². Im Allgemeinen ist die SI-Einheit der Betonung das Pascal, wo 1 Papa = 1 N/m ². In Reichseinheiten wird die Einheit der Betonung als lbf/in ² oder Pfund-Kraft pro Quadratzoll gegeben. Diese Einheit wird häufig als psi abgekürzt. Eintausend psi werden ksi abgekürzt.

Ein Faktor der Sicherheit ist ein Design Kriterien, die ein konstruierter Bestandteil oder Struktur erreichen müssen. wo FS: der Faktor der Sicherheit, R: Die angewandte Betonung und UTS: äußerste Betonung (psi oder N/m^2)

Der Rand der Sicherheit ist auch manchmal an als Designkriterien gewöhnt. Es ist definierte FRAU = Misserfolg-Last / (Faktor der Sicherheit * Vorausgesagte Last) - 1

Zum Beispiel, um einen Faktor der Sicherheit 4 die zulässige Betonung in einem AISI zu erreichen, kann 1018 Stahlbestandteil berechnet werden, um = 440/4 = 110 MPa, oder = 110×10 N/m ² zu sein. Solche zulässigen Betonungen sind auch bekannt als "Designbetonungen" oder "Arbeitsbetonungen."

Designbetonungen, die von den äußersten Werten oder Dehngrenze-Werten der Materialien bestimmt worden sind, geben sichere und zuverlässige Ergebnisse nur für den Fall des statischen Ladens. Viele Maschinenteile, scheitern wenn unterworfen, nicht unveränderliche und unaufhörlich unterschiedliche Lasten, wenn auch die entwickelten Betonungen unter der Dehngrenze sind. Solche Misserfolge werden Erschöpfungsmisserfolg genannt. Der Misserfolg ist durch einen Bruch, der scheint, mit wenig oder keinen sichtbaren Beweisen des Tragens spröde zu sein. Jedoch, wenn die Betonung unter "Erschöpfungsbetonung" oder "Dauergrenze-Betonung behalten wird" wird der Teil unbestimmt andauern. Ein rein Umkehren oder zyklische Betonung sind dasjenige, das zwischen gleichen positiven und negativen Maximalbetonungen während jedes Zyklus der Operation abwechselt. In einer rein zyklischen Betonung ist die durchschnittliche Betonung Null. Wenn ein Teil einer zyklischen Betonung, auch bekannt als Betonungsreihe (Sr) unterworfen wird, ist es bemerkt worden, dass der Misserfolg des Teils nach mehreren Betonungsumkehrungen (N) vorkommt, selbst wenn der Umfang der Betonungsreihe unter der Ertrag-Kraft des Materials ist. Allgemein, höher die Reihe-Betonung, weniger die Zahl von Umkehrungen für den Misserfolg erforderlich.

Misserfolg-Theorien

Es gibt vier wichtige Misserfolg-Theorien: Maximale Scherspannungstheorie, maximale normale Betonungstheorie, spannt Maximum Energietheorie und maximale Verzerrungsenergietheorie. Aus diesen vier Theorien des Misserfolgs ist die maximale normale Betonungstheorie nur für spröde Materialien anwendbar, und die restlichen drei Theorien sind für hämmerbare Materialien anwendbar.

Der letzten drei stellt die Verzerrungsenergietheorie die meisten genauen Ergebnisse in der Mehrheit der Betonungsbedingungen zur Verfügung. Die Beanspruchungsenergietheorie braucht den Wert des Verhältnisses von Poisson des Teil-Materials, das häufig nicht sogleich verfügbar ist. Die maximale Scherspannungstheorie ist konservativ. Für einfache normale Einrichtungsbetonungen sind alle Theorien gleichwertig, was bedeutet, dass alle Theorien dasselbe Ergebnis geben werden.

• Maximale Scherspannungstheorie - Diese Theorie verlangt, dass Misserfolg in einem Maschinenteil vorkommen wird, wenn der Umfang der maximalen Scherspannung im Teil die Scherfestigkeit des von der einachsigen Prüfung bestimmten Materials überschreitet.
• Maximale normale Betonungstheorie - Diese Theorie Postulate, dieser Misserfolg wird im Maschinenteil vorkommen, wenn die maximale normale Betonung im Teil die äußerste dehnbare Betonung des Materials, wie bestimmt, von der einachsigen Prüfung überschreitet. Diese Theorie befasst sich mit spröden Materialien nur. Die maximale dehnbare Betonung sollte weniger sein als oder gleich äußerster dehnbarer durch den Faktor der Sicherheit geteilter Betonung. Der Umfang der maximalen Druckbetonung sollte weniger sein als äußerste durch den Faktor der Sicherheit geteilte Druckbetonung.
• Maximale Beanspruchungsenergietheorie - Diese Theorie verlangt, dass Misserfolg vorkommen wird, wenn die Beanspruchungsenergie pro Einheitsvolumen wegen der angewandten Betonungen in einem Teil der Beanspruchungsenergie pro Einheitsvolumen an der Dehngrenze in der einachsigen Prüfung gleichkommt.
• Maximale Verzerrungsenergietheorie - Diese Theorie ist, auch bekannt als scheren Sie Energietheorie oder Theorie von von Mises-Hencky. Diese Theorie verlangt, dass Misserfolg vorkommen wird, wenn die Verzerrungsenergie pro Einheitsvolumen wegen der angewandten Betonungen in einem Teil der Verzerrungsenergie pro Einheitsvolumen an der Dehngrenze in der einachsigen Prüfung gleichkommt. Die elastische Gesamtenergie, die erwartet ist sich zu spannen, kann in zwei Teile geteilt werden: Ein Teil verursacht Änderung im Volumen und die andere Teil-Ursache-Änderung in der Gestalt. Verzerrungsenergie ist der Betrag der Energie, die erforderlich ist, um die Gestalt zu ändern.

Mikrostruktur

Eine Kraft eines Materials ist von seiner Mikrostruktur abhängig. Die Technikprozesse, denen ein Material unterworfen wird, können diese Mikrostruktur verändern. Die Vielfalt von verstärkenden Mechanismen, die die Kraft eines Materials verändern, schließt das Arbeitshärten, die feste Lösungsstärkung, das Niederschlag-Härten und die Korn-Grenzstärkung ein und kann quantitativ und qualitativ erklärt werden. Verstärkende Mechanismen werden durch die Verwahrung begleitet, dass einige andere mechanische Eigenschaften des Materials in einem Versuch degenerieren können, das Material stärker zu machen. Zum Beispiel, in der Korn-Grenzstärkung, obwohl Ertrag-Kraft mit der abnehmenden Korn-Größe schließlich maximiert wird, machen sehr kleine Korn-Größen das Material spröde. Im Allgemeinen ist die Ertrag-Kraft eines Materials ein entsprechender Hinweis der mechanischen Kraft des Materials. Betrachtet im Tandem mit der Tatsache, dass die Ertrag-Kraft der Parameter ist, der Plastikdeformierung im Material voraussagt, kann man fundierte Entscheidungen darauf machen, wie man die Kraft eines Materials vergrößert, das seine Mikrostruktureigenschaften und die gewünschte Endwirkung abhängt. Kraft wird in Bezug auf die Druckkraft, Zugbelastung und Scherfestigkeit, nämlich die Grenze-Staaten der Druckbetonung, dehnbaren Betonung und Scherspannung beziehungsweise ausgedrückt. Die Effekten des dynamischen Ladens sind wahrscheinlich die wichtigste praktische Rücksicht der Kraft von Materialien, besonders das Problem der Erschöpfung. Das wiederholte Laden beginnt häufig spröde Spalten, die wachsen, bis Misserfolg vorkommt. Die Spalten fangen immer bei Betonungskonzentrationen, besonders Änderungen im Querschnitt durch das Produkt, in der Nähe von Löchern und Ecken an.

Siehe auch

• Kriechen Sie von Materialien
• Deformierungsmechanismus stellt kartografisch dar
• Verbreitung in Materialien
• Dynamik
• Erschöpfung von Materialien

Forensische Technik Bruch-Mechanik Bruch-Schwierigkeit

• Materielle Auswahl
• Knetbarkeit (Physik)
• Spezifische Kraft
• Statik

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Links

• Misserfolg-Theorien
• Fallstudien im Strukturmisserfolg