Verformung eines Materials
Die Materialverformung ist eine Wissenschaft, die charakterisiert, wie ein bestimmtes Material reagiert, wenn es mechanischer Beanspruchung ausgesetzt wird. Dieser Begriff ist wesentlich für das Design (Fähigkeit des Teils, seine Funktion zu erfüllen), die Herstellung (Formgebung des Teils) und die mechanische Dimensionierung (Berechnung des Sicherheitsabstands eines Geräts zur Vermeidung von Bruch).
Die Fähigkeit eines Teils, sich zu verformen und Kräften zu widerstehen, hängt von drei Parametern ab:
- die Form des Raumes;
- die Art des Materials;
- Herstellungsverfahren: Wärmebehandlung, Oberflächenbehandlung usw.
Der Einfluss der Form des Teils wird in der kontinuierlichen Medienmechanik (CMM) untersucht. Der Einfluss des Materials wird hier sehr kurz beschrieben.
Charakterisierung
Ein Material zeichnet sich mechanisch durch sieben identifizierbare und messbare Eigenschaften aus. Jede dieser Eigenschaften unterliegt standardisierten und genau definierten Tests oder Messungen.
Wir zeichnen auf ein
Reagenzglas ; und das Spannungs / Dehnungs-Charakterisierungs-Verhältnis wird gemessen:
junger E- Modul, ausgedrückt in Gigapascal (GPa).
Wir ziehen an einem Reagenzglas, bis es bricht. Charakterisierung: Mechanischer Widerstand angegeben
R m , elastischer Widerstand angegeben
R e ausgedrückt in Megapascal (MPa).
Man zieht an einem Reagenzglas innerhalb der Plastizitätsgrenze und misst die Dehnung - Charakterisierung: Dehnung oder Dehnung in Prozent.
-
Härte : Die Fähigkeit eines Materials, dem Eindringen zu widerstehen.
Das Eindringen eines Penetrators (Kugel, Diamant, Spitze usw.) wird für eine bestimmte Kraft gemessen. - Charakterisierung: Messung in bestimmten Einheiten:
Vickers- ,
Brinell- ,
Rockwell- Härte in Abhängigkeit von der Art des durchgeführten Tests.
-
Belastbarkeit : Die Fähigkeit eines Materials, Stößen zu widerstehen.
Wir messen die kinetische Energie, die erforderlich ist, um ein Reagenzglas mit einem
Charpy-Schaf zu brechen . Charakterisierung: notiertes
KV Es wird in J cm 2 ausgedrückt .
Ein Probekörper wird einem abwechselnden Zug- / Kompressionszyklus bis zum Bruch unterzogen - Charakterisierung: Verhältnis des Zyklus / Einheit mechanischer Widerstand, ausgedrückt als Prozentsatz.
Anisotropie
Bei anisotropen Materialien wie Holz, Beton, Kristallen oder sogar Metallen (Elastizitätsgrenze) muss die Richtung des Materials auch in Bezug auf die Beanspruchungen des Tests angegeben werden: Richtung der Fasern, Eisen, Laminierung ...
Beziehung zwischen mechanischen Eigenschaften
Es gibt nicht unbedingt eine Korrelation zwischen diesen verschiedenen Eigenschaften, zum Beispiel:
- Das Aluminium hat einen niedrigeren Elastizitätsmodul als der Guss (es verformt sich bei gleicher Anstrengung stärker), aber eine höhere Elastizität (es ist stoßfester).
- Ein Federstahl hat einen niedrigen Elastizitätsmodul (er verformt sich bei geringen Kräften stark), hat jedoch einen Widerstand, der einem legierten Stahl entspricht.
- Das Glas hat eine große Härte, aber eine sehr geringe Elastizität (es ist schwierig, das Glas zu zerkratzen, aber es bricht leicht). Das Holz hat eine geringe Härte, aber eine überlegene Elastizität (es kann leicht zerkratzt werden, ist aber schwieriger zu brechen).
Einige Materialien sind fast überall "gut", zum Beispiel ein hochfester legierter Stahl. Der einzige Fehler ist, dass es nicht sehr duktil ist (es verformt sich nicht, wenn es kalt ist); Es sind komplexe Warmschmiedevorgänge erforderlich, um es zu formen. Einige Materialien sind fast überall "schlecht", zum Beispiel Plastilin. Die einzige Eigenschaft ist, dass es duktil ist: Sie können es leicht dehnen und ihm die gewünschte Form geben.
Andere Materialien weisen eine ausgeprägte Anisotropie auf, sodass Holz einer Spannung besser widersteht als einer Kompression. Umgekehrt funktioniert Beton gut bei der Kompression, aber sehr schlecht bei der Traktion, wenn er nicht bewehrt ist. Metalle sind im Allgemeinen isotrop: Sie reagieren in allen drei Raumrichtungen gleich.
Siehe auch
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Externe Links