Μηχανικές Ιδιότητες των Υλικών Μηχανικές είναι οι ιδιότητες που περιγράφουν τη συμπεριφορά ενός υλικού κάτω από την επίδραση εξωτερικών δυνάμεων. Αποτέλεσμα η ανάπτυξη εσωτερικών δυνάμεων στα υλικά που ονομάζονται τάσεις.

Ιδιότητες μορφοποίησης Μηχανικές Ιδιότητες Ιδιότητες μορφοποίησης Όλκιμο Ελατότητα Εργάσιμο Δυνατότητα συγκόλλησης Σκληρότητα Κόπωση Ερπυσμός Αντοχή Εφελκυσμός Θλίψη Διάτμηση Κάμψη Στρέψη Δυσθραυστότητα Συνεκτικότητα

Ορθές και διατμητικές τάσεις Ανάλογα αν οι τάσεις δρουν κάθετα ή εφαπτομενικά στην επιφάνεια διακρίνονται σε ορθές και διατμητικές. εφελκυσμός διάτμηση θλίψη

Διάτμηση

Ελαστική Παραμόρφωση

Πλαστική παραμόρφωση

Νόμος του Hooke σ = Ε * ε Ε=μέτρο του Young, μέτρο ελαστικότητας (έχει μονάδες της τάσης) σε=όριο ελαστικότητας σα = όριο αναλογίας

Μέτρο Ελαστικότητας

Νόμος του Hooke σε Δίατμηση τ = G * γ G=μέτρο διάτμησης

Πείραμα Εφεκυσμού

Χαρακτηριστικές καμπύλες τάσης παραμόρφωσης . σm: μέγιστη τάση ή όριο θραύσης σθ:σημείο θραύσης σε:όριο ελαστικότητας ή όριο διαρροής.

Καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης ---- πραγματική ____ φαινομενική

Τύποι Θραύσης β) ψαθυρή δ) πλαστική

Τύποι θραύσης

Συνεκτικότητα Η ενέργεια που απαιτείται για την θραύση ενός υλικού κατά τη στατική φόρτιση. Ποσοτικά εκφράζεται από το εμβαδόν της επιφάνειας κάτω από την καμπύλη τάσης – παραμόρφωσης. Το υλικό Β παρουσιάζει μεγαλύτερη συνεκτικότητα. Α Β

Δυσθραυστότητα Η ενέργεια που απαιτείται για τη θραύση ενός υλικού κατά τη δυναμική φόρτιση.

Συσκευή μέτρησης δυσθραυστότητας Συσκευή Charpy

Δυσθραυστότητα – Άσκηση 2 ΑΣΚΗΣΗ Κατά το πείραμα υπολογισμού της δυσθραυστότητας ενός μεταλλικού υλικού διατομής 5 x5 mm, τα πειραματικά αποτελέσματα εμφανίζονται στο παρακάτω σχήμα. Υπολογίσατε την δυσθραυστότητα Gc του υλικού σε kJ/m2. (1kp=9,81N)‏

Δυσθραυστότητα - Άσκηση Λύση h1=44+41,3=85,3 cm h2=44-[cos(70o)*44]=29,0 cm E=B*h1-B*h2=6*0,853-6*0,29= 3,378 kpm= 33,14 J S=5*5= 25 mm2 Gc= E/S = 33.14/25 =1,325J/mm2 = 1325 kJ/m2

Όλκιμο Η ικανότητα ενός υλικού να μετατραπεί σε σύρμα. Η ικανότητα ενός υλικού να μετατραπεί σε σύρμα. Μέγεθος μέτρησης: Ειδική επιμήκυνση θραύσης.

Ελατότητα Η ικανότητα ενός υλικού να υποστεί πλαστική παραμόρφωση χωρίς να θραυστεί κατά την εφαρμογή θλιπτικών δυνάμεων.

Συγκολλητό Η ιδιότητα που έχουν δύο κομμάτια ενός υλικού να κολλούν μεταξύ τους, χωρίς να παρουσιάζεται στην περιοχή ένωσης υποβάθμιση των ιδιοτήτων τους.

Σκληρότητα Brinell

Σκληρόμετρα Σκληρόμετρα Brinell

Σκληρότητα Mohs Σκληρότητα Ορυκτό 10 διαμάντι 9 κορούνδιο 8 τοπάζι 7 χαλαζίας 6 άστριος 5 απατίτης 4 φθορίτης 3 ασβεστίτης 2 γύψος 1 στεατίτης Σκληρότητα Ορυκτό

Κόπωση Το φαινόμενο κατά το οποίο ένα υλικό φτάνει σε θραύση αν υποβληθεί σε περιοδικά επαναλαμβανόμενες τάσεις, παρόλο που οι εφαρμοζόμενες τάσεις είναι μικρότερες από το όριο αντοχής του υλικού. Παράδειγμα δομικού στοιχείου σε κόπωση αποτελούν οι γέφυρες, λόγω περιοδικής καταπόνησης από τα οχήματα.

Επιφάνεια θραύσης λόγω κόπωσης Κόπωση Επιφάνεια θραύσης λόγω κόπωσης Η επιφάνεια θραύσης λόγω κόπωσης περιλαμβάνει συνήθως τρεις χαρακτηριστικές περιοχές: περιοχή έναρξης της ρωγμής κόπωσης περιοχή διάδοσης της ρωγμής λόγω κόπωσης και η οποία έχει μορφολογία παρόμοια με την εξωτερική επιφάνεια αχιβάδας τελικής θραύσης με χαρακτηριστική κοκκώδη (τραχιά) μορφολογία

cycles to failure (log)‏ Fatigue life, Nf Strength at N1 Fatigue limit S.A. low-cycle fatigue, 104-10 5 high-cycle fatigue > 10 5 Αντοχή σε κόπωση ορίζεται ο αριθμός Ν των κύκλων φόρτισης πριν την αστοχία του υλικού για δεδομένες τιμές τάσης. Fatigue limit: όριο κόπωσης Καμπύλες κόπωσης

Ερπυσμός (creep)‏ Φαινόμενο κατά το οποίο ένα υλικό υφίσταται παραμόρφωση υπό την επίδραση σταθερής τάσης. ε= f(σ, t, θ)‏

Ερπυσμός

Ερπυσμός Ο Ερπυσμός είναι σημαντικός για θερμοκρασίες: T> 0.3 – 0.4 Tm μέταλλα T> 0.4 – 0.5 Tm κεραμικά T> Tg πολυμερή

Καμπύλες Ερπυσμού

Ερπυσμός

Ερπυσμός Κατάρρευση διδύμων πύργων στο World Trade Center (Νέα Υόρκη) μετά από φωτιά που προκλήθηκε από τρομοκρατική ενέργεια (πτώση επιβατικού αεροπλάνου, γεμάτο καύσιμα).

Ερπυσμός Δίδυμο Πύργοι στη φάση κατασκευής

Ερπυσμός

ν = -εx/εz Λόγος του Poisson ν=λόγος Poisson

Λόγος του Poisson

Άσκηση 3 Κυλινδρικό δοκίμιο διαμέτρου 18.8 mm και μήκους 198 mm παραμορφώνεται ελαστικά όταν υφίσταται εφελκυσμό με δύναμη 49400 N. Δοθέντος ότι ο λόγος Poisson και το μέτρο ελαστικότητας του μετάλλου είναι 0.34 και 67.1 GPa αντίστοιχα, υπολογίσατε τα παρακάτω: α) την αύξηση του μήκους του δοκιμίου (σε mm) κατά τη διεύθυνση εφαρμογής της τάσης. β) τη μεταβολή της διαμέτρου του δοκιμίου ( σε mm). Δείξατε την αύξηση της διαμέτρου με θετικό πρόσημο και τη μείωση με αρνητικό πρόσημο.

Λύση =0.525 x 10-3 m = 0.525 mm Συνδυάζοντας το Νόμο του Hooke με τον ορισμό της τάσης, και γνωρίζοντας ότι, προκύπτει: Λύνοντας το πρόβλημα προκύπτει για το Δl: =0.525 x 10-3 m = 0.525 mm

Λύση (συνέχεια)‏ Από τον ορισμό του λόγου του Poisson προκύπτει: σε συνδυασμό με την έκφραση για την εγκάρσια και διαμήκη παραμόρφωση, Από τα παραπάνω έχουμε: Οπότε λύνοντας προς Δd έχουμε: =- 0.0169 mm

Δίνονται : συντελεστής ασφάλειας 1,35 Μέτρο Ελαστικότητας Ε=66,7 GPa. Άσκηση 3α Υπολογίσατε την ελάχιστη διάμετρο που πρέπει να έχει μια ράβδος αλουμινίου μήκους 3,8 m, ικανή να σηκώσει ένα φορτίο 200 kN χωρίς να παραμορφωθεί ελαστικά πέραν των 6 mm. Δίνονται : συντελεστής ασφάλειας 1,35 Μέτρο Ελαστικότητας Ε=66,7 GPa. Απάντηση: ~ 49mm

Λύση F/S = E Δl/l S=πD2/4 200000/S=66,7x109x(6x10-3/3,8) S=0,001899 m2 D2=4S/π=4x0,001899/3,14 D=0,049m=49mm