Docsity
Docsity

Przygotuj się do egzaminów
Przygotuj się do egzaminów

Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity


Otrzymaj punkty, aby pobrać
Otrzymaj punkty, aby pobrać

Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium


Informacje i wskazówki
Informacje i wskazówki

Dobór materialów konstrukcyjnych - Notatki - Materiałoznastwo - Część 4, Notatki z Materiały inżynieryjne

W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: dobór materialów konstrukcyjnych.

Typologia: Notatki

2012/2013

Załadowany 14.03.2013

mellow_99
mellow_99 🇵🇱

4.3

(26)

170 dokumenty

Podgląd częściowego tekstu

Pobierz Dobór materialów konstrukcyjnych - Notatki - Materiałoznastwo - Część 4 i więcej Notatki w PDF z Materiały inżynieryjne tylko na Docsity! Odporno ! na p"kanie (wi#zko !) Gc Energia potrzebna do zniszczenia materia$u. Mo%e by! zdefiniowana jako pole pod krzyw# odkszta$cenie- napr"%enie. docsity.com 107 107 T TT T T Si,N, Sic Skały MgO Cement Al20 [Szkło sodowej Lód* Beryl poliestrowe Ceramiki Metale Polinery kompozyty = 4 Ę Czyste metale dE - plastyczne |. Stale ra n p rriki HY 130 = 4 Stale miekkie - pa" | | szybkotnąca ONE |= ł i -- i BFRP $ Drewno „L Stopy Al |do włókier Stałe > ces 7 kredniowęgiowe| | Folipropylen Polietylen [= AES-PS Cement | Nylon eniany L Metale Polistyren tupliwe © sieci rDrewno Il L RPC/HZ do włókien Metale Poliwęglan ' Ę Go pracy w PMMA |= niskich temp. Cermetale | A Żywice |-- epoksydowe Żywice docsity.com W miarę jak pęknięcie rośnie o 6a, odpowiadająca mu wartość 50”. du” o” Żmat M =— da 2E 2 ó u iż Krytyczny warunek nagłego pękania o” na 2E ' Bardziej szczegółowa analiza matematyczna precyzuje zależność: e docsity.com Warunek inicjacji nag$ego p"kni"cia: cEGa "# Ka "# K – wspó czynnik intensywno ci napr"%e' gdy osi#ga warto ! c przy którym nast"puje rozprzestrzenianie p"kni"cia to: aEGK fcIC # "" E K G ICc 2 " docsity.com K, =Fo.vzq a wiązkość — ze wzoru Ki E(1 + v) = gdzie: Y jest współczynnikiem kształtu bliskim jedności, zależnym ad geometrii próbki, E jest modułem Younga, a v — liczbą Poissona. G Krytyczny współczynnik intensywności naprężeń K,. jest miarą oporu materiału przeciw propagacji pęknięcia. Naprężenie niszczące materiał kruchy zawierający karb o długości 2a wynosi gy = YK ma , gdzie Y jest stałą bliską jedności docsity.com [ Ceramics 0.003 0.2 Porous ceramics 000 Fox Glasses 0.004 [7] 0.008 Metals and alloys 0.34 145 Composites 8 60 Woods and wood produc| un DEREEEEEAREESEEZEIENEJEW Polymers 0.1 100 Rubbers I 200 Polymer foams 0.001 -————] 5 T T T 1 0.001 0.01 0.1 I 10 100 1000 a Britcie Kle (kJim?) Tough + docsity.com 200 100 50 20 0,5 Ceramiki Metale Polimery Kompozyty Czyste metale plastyczne Stale na wieniki HY 130 Stale miękkie - Stal szybkotnąca E Stopy Ti — Stale średniowęglowe BFRP | GFRP E Stopy Al cFRP -— Cermetale Metale Drewno L tupliwe do włókien o sieci Cement RPC/HZ zbrojony L włóknami L Metale L do pracy w LL niskich temp. * im Sin: Beryl - AL403 EO AB$-PS = MgO Polipropylen Nylon Polistyren |” (dużej gęstości) Polietylen a Poliwęglan u (małej gastości) Drewno II do włókien | PMMA [ ||Szkło sodowe - Żywice poliestrowe |” Żywice s epoksydowe Cement Lód* docsity.com 1000 ści naprężeń wyrobów o mini-| malnej masie - — 7 GA ĄĄ - 3. czny współczynaik inten-. POZOPALZ za j — A aż 2 PIR * 7 " = - S sywności naprężeń — Gestość L TB 1 "E 21/2 o Techniczne | 5 Dane dla K, dokładne do 10 MPa*m | fo Po stopy metali pi powyżej 10 MPa' m!? przydatne tylko |: e 100 L-9Porównań MFA: 88-91 <a Linie przewodnie| Z x w projektowaniu 30 © Ę EM ż 7pOenót > Ceramika E © ne j inżynierska | s fPospolite skały Z Ceramika jytkowa 2 x L CEBio. - E Ceramika - 5 porowata | 3 | z z 01 q > 4 R 4 e 4 e | x 0,01 L aji pora ji . 0,1 0,3 1 ż 10 Gęstość p [Mg/m"] RYSUNEK 4.4. — WYKRES 3: Krytyczny współczynnik intensywności naprężeń, Kw zestawieniu z gęstością p. Linie przewadnie odpowiadające stałej wartości wskaźników K,/p, Ki"/p. Ki2/o itd. są pomocne w projektowaniu lekkich konstrukcji z uwzględnieniem ich odporności na kruche pękanie docsity.com 1000 d 7. Krytyczny współczynnik inten- Ki MU ; "TE Ani A R —ie ——100 4 £ sywności naprężeń -Wytrzymałość| no? „o A0 4 o Metale i polimery: granica plastyczności gechniczne 7 z | = Ceramika i szkła: wytrzymałość na ściskanie a i = Kompozyty: wytrzymałość na rozciąganie e Średnica strefy odkształcenia płastycznego x > Kię toy 100 MFA:88-91 6 [ | Płynięcie plastyczne 27 M - | przed pękaniem | o - 2 | | Linie przewodnie SG niej Kompozyty/, e w projektowaniu [sz © inżynii i -— 10 H bezpiecznych Z marsie p) E [konstrukcji Pol z - O EKZZ 7 —olmery . e tKie 7 inżynierskiej z po; "C 7 LS 7 22 5 7 2 5 |leq Drewno; Salsa, E 1 AN w 1 = e = N O © Q a Z 0,1 " > 4 = ) Ń Pękanie przed płynięciem| - = plastycznym 1 £ - 0,01 REEERIAAE paiii 0,1 1 10 100 1000 10 000 Wytrzymałość a, [MPa] RYSUNEK 4.8. WYKRES 7: Krytyczny współczynnik intensywności naprężeń K, , w zestawieniu z wytrzymałością o; . Linie przerywane wyznaczają wartości Kż/zo; , tzn. przybliżoną średnicę strefy odkształcenia w sąsiedztwie wierzchołka szczeliny. Linie przewodnie umożliwiają dobór materiałów na bezpieczne konstrukcje docsity.com WPŁYW UMIEJSCOWIENIA SZCZELINY jednostki K: MPa „im ksi-jin docsity.com Przyk$ad projektowania za uwzgl"dnieniem napr"%e' i dopuszczalnej wielko ci szczeliny Dla materia$u KIC = 26 MPa m1/2 Dwa warianty projektu A: Maksymalna dopuszczalna d$ugo ! szczeliny a = 9mm, f = 112 MPa B: Maksymalna dopuszczalna d$ugo ! szczeliny a = 4mm, f = ? max aY Kc f # " const Y K a cf "" # MPa a a B A A f B f 168"" Wi"ksze korzy ci przynosi ograniczenie dopuszczalnej wielko ci szczeliny docsity.com PE - Far-field siresses iąfiuekced z” > by samipie geomiet „ rz] y samipie gi ry ——— -) ! | | Aegionof k Iominahce m” ; (alastic dąformaśina arowad craci) RT |7-Plasfic Zone diakieśer r, docsity.com Sklejone belki Dwie drewniane belki zosta$y sklejone doczo$owo za pomoc# %ywicy epoksydowej. t=b=0.1 m; l=2 m (ywica zosta$a wymieszana przed u%yciem, co wprowadzi$o do niej p"cherzyki powietrza. Na skutek doci ni"cia czó$ belek powsta$a spoina, zawieraj#ca okr#g$e, p$askie pustki o rednicy 2a=2mm. Wspó$czynnik intensywno ci napr"%e' dla %ywicy wynosi KIC= 0,5 MNm-3/2. Jakie maksymalne obci#%enie mo%e przenie ! belka bez uszkodzenia? docsity.com aK I # " 2 2 3 b Fl " aKIC # $ a b Fl KIC #2 2 3 $ al bK F IC #3 2 2 % F%2.97 kN docsity.com Mechanizm hamowaniu wzrostu pęknięcia w kompozytach Sytuacja w polimerze o wiązkości podwyższonej obe 1ością cząsteczek gumy docsity.com Poszycie skrzyd$a samolotu Nale%y dobra! materia$ na poszycie dolnej cz" ci skrzyd$a docsity.com Stosuje si" stopy aluminium na zewn"trzn# warstw" skrzyd$a. Przestrze' wewn"trzna tej sekcji b"dzie wykorzystana do wbudowania zbiorników paliwa. docsity.com Stopy aluminium stop Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al inne 7075 0.40 0.50 1.2(2.0 0.30 2.1(2.9 0.18(0.28 5.1(6.1 0.20 reszta 0.15 7055 0.30 0.49 1.2(2.6 0.05(0.4 1.8(3.0 0.05(0.3 7.0(11.0 0.01(0.2 reszta 0.16 2024 0.50 0.50 3.8(4.9 0.3(0.9 1.2(1.8 0.10 0.25 0.15 reszta 0.15 2324 0.10 0.12 3.8(4.4 0.3(0.9 1.2(1.8 0.10 0.25 0.15 reszta 0.15 Stop tytanu C Fe N O Al V Ti Ti-6Al-4V 0.08 0.25 0.05 0.20 5.50-6.75 3.5-4.5 reszta docsity.com Alloys BH Ti 10-—2-3 (8) Fin and stabilizer EBI 2524-13, -T4, -T36 r—(3) Upper skin and stringers EH 7055—T77 EMI 7150-1777 (4) Upper spar chord EE] 2050-186 EH Ti 6-4 G-(ELIĄ El TI 15—3—3—3 EE] Ti 6215 Gomposites EA Toughened CFRP EF Pitch cora (4) Crown stringers | (4) Keel beam [4] Belly stringers (7) ECS ducting [11 Truck beam 4] Tailcone auter sleave and braces z 42) Fuselage skin 3? - (8) Aftcore cowl (8) Inner thrust-reversar cowl Picture supplied by the Boeing Aircraft Company 1996 docsity.com ODPORNOŚĆ NA NAGŁE PĘKANIE K=oym 2a krytyczna stop Kle długość pęknięcia (ksi) (in) ksi (in)"2 1075-1651 69 67 0,60 7055-17751 86 85 0,62 2024-1351 48 141 5,50 2324-T139 62 142 3,29 Ti-6A1-4V 120 150 1,00 4340M 226 100 0,12 docsity.com ZBIORNIK CI*NIENIOWY Cz" ! II docsity.com Zbiornik ciśnieniowy, w którego ściance występuje wada. Ścianki bezpiecznego zbiornika niskociśnieniowego powinny odkształcać się plastycznie przed jego pęknięciem. Zbiornik wysokociśnieniowy powinien natomiast przeciekać, zanim nastąpi jego pęknięcie 2 docsity.com W warunkach płynięcia plastycznego o=R, Przy nagłym pękaniu ona =K, docsity.com Zbiornik ci$nieniowy Ograniczenia: •Dla ma$ych zbiorników po%#dane jest odkszta$cenie plastyczne przed p"kni"ciem – mo%liwo ! wykrycia np. przez pomiary tensometryczne •Dla du%ych przeciekanie – $atwiejsze wykrycie. Napr"%enie w ciance: t pR 2 " t nale%y dobra! tak aby < f (granicy plastyczno ci dla metali) docsity.com Dla ma%ych zbiorników (badanych ultrad+wi"kowo lub inn# metod#) C IC a CK # " 2ac – rednica mikrop"kni"cia, C – sta$a bliska 1 Zbiornik jest bezpieczny, gdy mikrop"kni"cie nie mo%e si" rozprzestrzenia! nawet gdy napr"%enia osi#gn# granic" plastyczno ci 2 2 ) ) * + , , - . % f IC C K Ca # Dopuszczalna wielko"# p!kni!cia jest najwi!ksza, gdy dobierze si! materia o najwi!kszej warto"ci wska$nika M1: f ICKM " 1 docsity.com Du&y zbiornik jest bezpieczny, gdy mikrop"kni"cie przebiegaj#ce przez ca$# grubo ! cianki (szczelina na wylot) jest stabilne: 2 t CK IC # " grubo ! cianki, która wytrzyma ci nienie p i nie ulegnie odkszta$ceniu plastycznemu: f pR t 2 $ dla = f ) ) * + , , - . " f ICK C pR # 2 2 4 Maksymalne ci nienie wytrzyma zbiornik wykonany z materia$u o najwy%szej warto ci wska+nika M2: f ICKM 2 2 " Ze wzgl"dów ekonomicznych zbiornik powinien by! lekki a wi"c grubo ! cianek powinna by! minimalna, nale%y wi"c szuka! materia$u o najwy%szej wytrzyma$o ci: fM "3 docsity.com Lalka Barbie Element $#cz#cy korpus lalki z g$ow# ma zapobiec zbyt $atwej „dekapitacji” lalki. Przy dotychczasowym rozwi#zaniu 0,2% reklamacji rocznie co kosztowa$o firm" 14,7 milionów $ rocznie. Mo%liwe obci#%enia s# ró%ne – rozci#ganie, zginanie ( przypuszczalnie najgro+niejsze), obci#%enia dynamiczne. Istotna jest niska masa, niska cena, $atwo ! kszta$towania a), b) konstrukcja pierwotna; c) nowe rozwi#zanie docsity.com FUNKCJA Po %czenie z 3 stopniami swobody CEL Minimalizacja masy OGRANICZENIA 0Okre"lone wymiary 0Odporno"# na zginanie 0(atwo"# formowania 0Niska (wzgl!dnie) cena Poszukiwanie materia$u wytrzyma$ego i lekkiego. Materia$ lekki odporny na odkszta$cenie plastyczne M1= f/& Materia$ lekki odporny na kruche p"kanie M2=KIC/& docsity.com _ z = Costunit volume (1OGOSm*3) Z Materials for Barbie Dolls ZAR-HF Aretal | Fme: rapu GE Search area | biło"? _. Pomes Sz] --B zp Tharmomould Formirug Fig 3-4 barecltart oj cost against formiky, using ike Polpmejs darobene. docsity.com