Dobór materiałów konstrukcyjnych - Notatki - Materiałoznastwo - Część 2, Notatki z Materiały inżynieryjne

Pobierz Dobór materiałów konstrukcyjnych - Notatki - Materiałoznastwo - Część 2 i więcej Notatki w PDF z Materiały inżynieryjne tylko na Docsity! Masa dysku wynosi m= s R*tp Wiulkością, która ma być maksymalizowana, jest energia kinetyczna na jednostkę masy, U 1... —=-hRo" m 4 Ze wzrostem prędkości obrotowej wzrasta ilość energii zmagazynowanej ale również naprężenia odśrodkowe: EE Reg? O max - 8 pR O v- wspołczynnik Poissona. Naprężenie może osiągnąć wartość niszczącą oy żal mo S$, +vk p Najlepsze materiały mają największą wartość wskaźnika funkcjonalności: Ś. M = i docsity.com  10 000757, 2 za 0 2. Wytrzymałość — Gęstość © Metale i polimery: granica plastyczności Ceramika i szkła: wytrzymałość na ściskanie Elastomery: wytrzymałość na rozdarcie Kornpozyty: wytrzymałość na rozciąganie MFA: 88-91 ERAMIKACZEer=Ń" STALE O DUŻEJ Dane ZYNIERSŃ Żacy WYT 4 RZYMAŁOŚC j 1 Technicznę: go $ Cermetale_4 sf z 1000 | OBSZAR | „LLSTOPY Al | Q. POSZUKIWAŃ | emienie. | = „bskay Stop „100 7 o L ! zechniczne zj o k Je stopy metali 4 7 9 l / 7] G 227] E 7 4 > N Z 7| Polimary Ź + = inżynierskie Lać j Z | py OJ Linie przewodniej | z 4 w projektowaniu z 7 wyrobów o mini- |" z ś malnej masie a z 7 j a 1 Łd - z 1 5 + | w | 01 Lu . „ol PB 1 . aa . 0,1 0,3 1 3 10 30 RYSUNFK 6.5 Gęstość p [Mg/m*] Materialy na koła zamachowe. Najlepsze są kompozyty i beryl. Oiów i żeliwo, tradycyjnie stosowane na koła zamachowe, są dobre, kiedy funkcjonalność jest uzależniona od prędkości obrotowej koła, a nie od wytrzymałości materiału docsity.com Zdolno!ci do magazynowania energii • O ów – 3 kJ/kg • "eliwo – 10 kJ/kg • Kompozyt #ywica epoksydowa zbrojona w óknem szklanym – 150 kJ/kg • Benzyna – ok. 20 000 kJ/kg ? docsity.com WIRÓWKA docsity.com WIRÓWKA Urz$dzenie wykorzystuj$ce dzia anie si y od!rodkowej, s u#$ce do rozdzielania mieszaniny cieczy na sk adniki o ró#nej g%sto!ci lub do oddzielania cia a sta ego od cieczy oraz do odwadniania cia sta ych; stosowane do odt uszczania mleka, oczyszczania cieczy z zawiesin i osadów, do usuwania wilgoci z tkanin. Zwykle sk ada si% z nap%du i rotora (wirnika) utrzymuj$cego kilka pojemników szklanych lub plastikowych. Typowe rodzaje to wirówki talerzowe i b%bnowe (filtracyjne i sedymentacyjne) oraz ultrawirówki o pr%dko!ci obrotowej kilkana!cie tys. obrotów na min. s u#$ce do rozdzielania uk adów koloidalnych. W klasycznej wirówce pojemniki mocowane s$ sztywno pod okre!lonym k$tem. Najnowsze konstrukcje przewiduj$ zastosowanie wirnika (swing rotor) z wahliwym zamocowaniem pojemników. docsity.com Dla lekkiego elementu (dm) w odleg o!ci r od !rodka obrotu: A – powierzchnia przekroju ramienia. Zale#no!& (1) mo#na przedstawi&: r dmV dFc 2 Adrdm ! 222 )2( nrV " ][ ][][)2]([][ 2222 3 mr snmrmdr m mg dFc # "! (2) docsity.com Wprowadzaj$c zale#no!& na V2, zale#no!& na si % od!rodkow$ ma posta&: 2 2 V A FTc ! (3) Ograniczenia: FTc ' ( A. Wprowadzaj$c to ograniczenie do (3): 2 2V $ ! % (4) Wska)nik materia owy: docsity.com Dane dla analizowanego przyk adu: - pr%dko!& obrotowa (n) : 6000 obr/min - d ugo!& ramion wirnika (r): 20 x 10-2 m. Rozs$dek nakazuje zastosowa& wspó czynnik bezpiecze*stwa 4 ze wzgl%du na dzia anie si y FTc. ( zale#no!& (4) i M pomno#y& przez 4) docsity.com Wybrani kadydaci do dalszej analizy Materia % * [MPa] ! [Mg/m3] KIc [MPa m1/2] M=%/! [(ms-1)2 x 103 Aluminium 2024T4 500 2,8 35 178 Ti-6Al-4V 850 4,4 100 193 CFRP (XP EPC F001; 55% C) 1000 1,5 33 670 Stal nierdzewna (302) 600 7,8 90 77 Stop magnezu ZC 71 (Mg-6,5Zn-1,25Cu- 0,75Mn) 320 1,9 17 168 Nylon 6/6 60 1,1 2 55 * granica spr%#ysto!ci docsity.com • Stop magnezu – niska odporno!& na zm%czenie i nag e p%kanie – WYELIMINOWA+ • Aluminium: Trzecia pozycja ze wzgl%du na M, dobre w asno!ci mechaniczne, niskie koszty i normalizacja, do zaakceptowania. • Ti-6Al-4V: dobre w asno!ci wytrzyma o!ciowe, wysoki koszt, !rednie warto!ci M • Kompozyt z w"óknami w#glowymi : najlepsze wska)niki wytrzyma o!ciowe, wysoki koszt, brak pe nej powtarzalno!ci w a!ciwo!ci – ze wzgl%dów bezpiecze*stwa by& mo#e konieczno!& zwi%kszenia wspó czynników bezpiecze*stwa. • AISI 302 stal nierdzewna: niska odporno!& mechaniczna i du#a g%sto!&, wirnik ze stali by by 8,7 razy ci%#szy ni# z kompozytu, przyst%pna cena, wysoka powtarzalno!& w a!ciwo!ci • Nylon 6/6: niskie warto!ci wska)ników ale sztywno!& wystarczaj$ca do tego zastosowania, niska warto!& KIc ale dla materia ów polimerowych nale#y zastosowa& inne wska)niki odporno!ci na kruche p%kanie np. KIc / E, problemem mo#e by& absorpcja wody(~1.0%), ci%#ki ze wzgl%du na du#y przekrój Wirnik powinien tak e t!umi" drgania a jego cz#stotliwo$" rezonansowa fr nie powinna kolidowa" z pr#dko$ci% obrotow% tj. 100 Hz.( Najlepsze w tym wzgl#dzie s% kompozyty a nast#pnie stopy aluminium.) Z tego punktu widzenia akceptowane mog% by wszystkie materia!y dla których cz#stotliwo$" rezonansowa jest wy sza ni 100 Hz. docsity.com Materia y na uszczelki docsity.com Maksymalizacja wska)nika M1 gwarantuje szerok$ powierzchni% styku Napr%#enia stykowe % nie mog$ jednak doprowadzi& do uszkodzenia powierzchni a wi%c maksymalna si a docisku nie mo#e przekracza& napr%#e* niszcz$cych. Nale#y poszukiwa& materia u o jak najwy#szej warto!ci %f docsity.com 1000 —TTT ——M 4. Moduł — Wytrzymałość Techniczne Metale i polimery: granica plastyczności „słony ryeial Ceramika i szkła: wytrzymałość na ściskanie Elastomery: wytrzymałość na rozdarcie Kompozyty: wytrzymałość na rozciąganie MFA:88-91 100E E Z E [Minimalne A [ |magazynowanie 7 energii na jed- 7 [ |nostkę objętości | | z g ”| Płynięcie plas- 7 p Kompozyty ( | |tyczne przed a inżynierskie M 40L wyboczeniem L Z O E-——— z Carafika „| E 7 porowata M A o | 7 4 = z - 3 - a + o H=10* , 2 E 10 z = IE - g E * ? j E - 1 Z Ę > / /„l-lprzewodnie| L 7 mery p Y) 1 4 feasa inżynierskie, ” - G - 1 7 E- NN, Maksymalne 0.1 1 magazynowanie JE 7 PIANKI onergi na jed. [z] E -/ POLIMEROWE nosikę objętości || is 4 h hę Wyboczenie "| - Ż przed płynięciem| | r 7 plastycznym — || Loox REK | 4 4 0.01L2 u 1 pri 0.1 1 10 1000 10000 Wytrzymałość o, [MPa] vsunek6.17. Materiały na elastyczne uszczelki, Dobre uszczelki wykonuje się z elastomerów, podatnych polimerów i pianek docsity.com  Tensile Strength MPa] 10e+3- ż 10 0414 q roung's Modulis (SP'a) Wszystkie materiały docsity.com  Tensile Strength (MPa] 100 10 10e+3-] Ut Young's Modulus (GPa] Tylko polimery T t 4 10 100 docsity.com  Silicone, Poły Tetrafluoro Ethylene (PTFE Buty Rubber, unfiled JUR ODOOSOGOGOO kij mn - ly docsity.com  Materiał M Komentarz Gumy butylowe 1-3 mała odporność na ciepło i niektóre rozpuszczalniki Poliuretany 0.5-4,5 Powszechnie stosowane na uszczelki Gumy silikonowe 0.1--0.8 Większa odporność na działanie temperatury niż elastomerów o węglowych łańcuchach, chemicznie obojętny PTFE 0.1 Drogi, stabilny chemicznie, użyteczny w (politetrafluoroetylen) podwyższonych temperaturach Polietyleny 0.05-0.2 Tanie Polipropyleny 0.1 Tanie Korek 0.1 Małe naprężenia stykowe, stabilny chemicznie Pianki polimerowe do 0.5 Bardzo mały nacisk stykowy, delikatne uszczelki docsity.com balans - czyli kó ko na osi ze spiraln$ spr%#yn$ docsity.com Model I 1. Maksymalizacja dopuszczalnych nacisków Ci!nienie stykowe w miejscu nacisku H R PE p '(( ) * ++ , - 3 1 2 2 H – twardo!& materia u, która jest proporcjonalna do wytrzyma o!ci, (H=C%f) ( ( ) * + + , - 2 3 23 E RCP f% M1= % 3 f/E 2 , maksymalizowa& Minimalna ca"kowita powierzchnia styku 3 2 ( ) * + , - E PR CA M2= E ,maksymalizowa& docsity.com 1000 TT 4. Moduł — Wytrzymałość Tećhniczne POSZUKIWAŃ Metale i poli p H s „stopy metali polimery: granica plastyczności 7 w”. Ceramika i szkła: wytrzymałość na ściskanie z <iepri) c Elastomery: wytrzymałość na rozdarcie CB Kompozyty: wytrzymałość na rozciąganie A SJALE zs=E=z - CC żewa > MFA:88-91 10Ę E = 60 GP. j=—|Minimalne _ A zę g Ę [ |magazynowanie 7 te z CERAMIKA 1 L energii na jedno- ” Gu) 2 7CFRP INŻYNIERSKAG- stkę objętości 7 Ea Laminaty W 7) — Płynięcie plas- | GFRP _/ Komipozyty / " Q tyczne przed ACE 8 ce AŻ inżynierskie Ą 7 O 10Ę wyboczenie / WER JĄ — EE 7 , 1 ta 1 u E / A Ś porgwaą 4/ 1 U r z p PMMA A 4; | O | zd z ge 4 p - 5 - A pa Drewno 0, 1 z” + o 4 = 10% „” MM N/A Ą > „LE u a ; ŚŃ 5 E — mu 1 8 E a 8 A. Linie _ ]4 = k a Me |_|przewodnie 1 I a - włókien Pre! Polimery z 7 / 1 G 4 3 g s Balsa inżynierskie , / | 5=100 +=10' e) = Maksymalne 0,1 E "o z geG / / magazynowanie „IE SSE ii na jedno-|] E imstod ść 7 7 energii na jedno-| E_ polimeroway/ / | y stkę objętości j EL tray a stome Wyboczenie 1 4 PU RAE GW) przed płynięciem| | | 2 plastycznym Ślikoń /| ko 1 3 M=ó! MPa/ /Mst E 0,01 nl 1 aj kiwi oruiin por aiiiu 0,1 100 1000 10000 wytrzymałość o, [MPa] docsity.com  ) p Hdo+a-| Hardness (MPa 40e+3-|h-F=k.- |--A A [JL |re=M ADE| LSSĘDASEUZ A gnom aamnonnnenenonnnnneccnnjnncnnn- 100 106+3 voung's Modulus (GP'a) e docsity.com  viPaj Hardness 10e+4- 10e:3 |E-ES=k__/_| EŃ _AM BA PŁELOM Ls Youngq's Modulus (GP'a) t 1Oa+3 docsity.com Kruchość-rozszerzalność cieplna Fracture Toughness (MPa.m* 1/2] ; 10 Thermal Expansion (10%-6/K] © docsity.com aan azarzaecazeaszrsakaserdjocch Janas h