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