Прочность

В материаловедении и металлургии — прочность это способность материала поглощать энергию и пластически деформироваться без разрушения. ^{[ 1 ]} Прочность – это прочность, с которой материал противостоит разрыву. Одним из определений прочности материала является количество энергии на единицу объема, которое материал может поглотить перед разрушением . Эта мера вязкости отличается от той, которая используется для определения вязкости разрушения , которая описывает способность материалов сопротивляться разрушению. ^{[ 2 ]} Прочность требует баланса прочности и пластичности . ^{[ 1 ]}

Прочность и прочность

Прочность связана с площадью под кривой напряжение-деформация . Чтобы быть прочным, материал должен быть одновременно прочным и пластичным. Например, хрупкие материалы (например, керамика), прочные, но с ограниченной пластичностью, не являются прочными; и наоборот, очень пластичные материалы с низкой прочностью также не являются жесткими. Чтобы быть прочным, материал должен выдерживать как высокие напряжения, так и высокие деформации. Вообще говоря, прочность показывает, какую силу может выдержать материал, а ударная вязкость показывает, сколько энергии материал может поглотить перед разрушением.

Математическое определение

Прочность можно определить путем интегрирования кривой растяжения-деформации. ^{[ 1 ]} Это энергия механической деформации единицы объема до разрушения. Явное математическое описание: ^{[ 3 ]}

${\tfrac {\mbox{energy}}{\mbox{volume}}}=\int _{0}^{\varepsilon _{f}}\sigma \,d\varepsilon$

где

$\varepsilon$ напряжение
$\varepsilon _{f}$ напряжение в случае неудачи
$\sigma$ это стресс

Если верхний предел интегрирования до предела текучести ограничен, энергия, поглощаемая на единицу объема, известна как модуль упругости . Математически модуль упругости можно выразить произведением квадрата предела текучести, деленного на двукратный модуль упругости Юнга. То есть,

Модуль упругости = ⁠ Предел текучести ² 2 (модуль Юнга) ⁠

Испытания на прочность

Прочность материала можно измерить, используя небольшой образец этого материала. Типичная испытательная машина использует маятник для деформации образца с надрезом определенного поперечного сечения. Высота, с которой упал маятник, за вычетом высоты, на которую он поднялся после деформации образца, умноженная на вес маятника, является мерой энергии, поглощенной образцом при его деформации во время удара о маятник. и Испытания на ударную вязкость с надрезом по Шарпи Изоду являются типичными испытаниями ASTM , используемыми для определения ударной вязкости.

Единица прочности

Ударная вязкость (или энергия деформации , U _T ) измеряется в единицах джоулей на кубический метр (Дж·м ⁻³), или, что эквивалентно, ньютон-метр на кубический метр (Н·м·м ⁻³), в системе СИ и дюйм -фунт-сила на кубический дюйм (дюйм·фунт-сила·дюйм ⁻³) в обычных единицах США :

1,00 Н·мм ⁻³ ≃ 0,000 145 дюйм·фунт·сила·дюйм ⁻³
1,00 дюйм·фунт·сила·дюйм ⁻³ ≃ 6,89 кН·мм ⁻³.

В системе СИ единицу вязкости при растяжении можно легко рассчитать, используя площадь под кривой напряжение-деформация ( σ – ε ), которая дает значение вязкости при растяжении, как указано ниже: ^{[ 4 ]}

U _T = Площадь под кривой напряжение-деформация ( σ – ε ) = σ × ε
U _T [=] F/A × ΔL/L = (Н·м ⁻²)·(безразмерный)
U _T [=] Н·м·м ⁻³
U _T [=] Дж·м ⁻³

Самый прочный материал

Сплав, состоящий из почти равных количеств хрома , кобальта и никеля (CrCoNi), является самым прочным материалом, обнаруженным на данный момент. Он устойчив к разрушению даже при невероятно низких температурах, близких к абсолютному нулю. Его рассматривают как материал, используемый при строительстве космических кораблей. ^{[ 5 ]}

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с «Надежность» , Образовательный ресурсный центр неразрушающего контроля , Брайан Ларсон, редактор, 2001–2011 гг., Сотрудничество в области образования неразрушающего контроля, Университет штата Айова.
^ Аскеланд, Дональд Р. (январь 2015 г.). Наука и инженерия материалов . Райт, Венделин Дж. (Седьмое изд.). Бостон, Массачусетс. п. 208. ИСБН 978-1-305-07676-1 . OCLC 903959750 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Собойеджо, Вирджиния (2003). «12.3 Прочность и зона процесса разрушения». Механические свойства конструкционных материалов . Марсель Деккер. ISBN 0-8247-8900-8 . ОСЛК 300921090 .
^ Балкан, О.; Демирер, Х. (2010). «Механические свойства изотактико-полипропиленовых композитов, наполненных стеклянными шариками и волластонитом, модифицированных термопластичными эластомерами» . Полимерные композиты . 31 (7): 1285–1308. дои : 10.1002/шт.20953 . ISSN 1548-0569 .
^ Спаркс, Мэтью (14 декабря 2022 г.). «Самый прочный материал на свете — это сплав хрома, кобальта и никеля» . Новый учёный . Проверено 18 марта 2023 г.

[NDT-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с «Надежность» , Образовательный ресурсный центр неразрушающего контроля , Брайан Ларсон, редактор, 2001–2011 гг., Сотрудничество в области образования неразрушающего контроля, Университет штата Айова.

[2] Аскеланд, Дональд Р. (январь 2015 г.). Наука и инженерия материалов . Райт, Венделин Дж. (Седьмое изд.). Бостон, Массачусетс. п. 208. ИСБН 978-1-305-07676-1 . OCLC 903959750 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[3] Собойеджо, Вирджиния (2003). «12.3 Прочность и зона процесса разрушения». Механические свойства конструкционных материалов . Марсель Деккер. ISBN 0-8247-8900-8 . ОСЛК 300921090 .

[4] Балкан, О.; Демирер, Х. (2010). «Механические свойства изотактико-полипропиленовых композитов, наполненных стеклянными шариками и волластонитом, модифицированных термопластичными эластомерами» . Полимерные композиты . 31 (7): 1285–1308. дои : 10.1002/шт.20953 . ISSN 1548-0569 .

[5] Спаркс, Мэтью (14 декабря 2022 г.). «Самый прочный материал на свете — это сплав хрома, кобальта и никеля» . Новый учёный . Проверено 18 марта 2023 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]