Удельная прочность
Удельная прочность — это прочность материала (или мышцы) (сила на единицу площади при разрушении), деленная на его плотность . Оно также известно как соотношение силы к весу , соотношение силы/веса или соотношение силы к массе . В волокнах или текстиле прочность является обычной мерой удельной прочности. Единица удельной прочности в системе СИ — Па ⋅ м. 3 / кг , или Н⋅м /кг, что по размеру эквивалентно м 2 /с 2 , хотя последняя форма используется редко. Удельная сила имеет те же единицы, что и удельная энергия , и связана с максимальной удельной энергией вращения, которую может иметь объект, не разлетаясь на части под действием центробежной силы .
Другой способ описания удельной прочности — это длина разрушения , также известная как длина самоподдержки : максимальная длина вертикальной колонны из материала (при условии фиксированного поперечного сечения), которая может выдерживать собственный вес, когда поддерживается только вверху. Для этого измерения определением веса является сила тяжести на поверхности Земли ( стандартная гравитация , 9,80665 м/с). 2 ) распространяется на всю длину материала, не уменьшаясь с высотой. Такое использование чаще встречается при использовании определенных специальных волокон или текстиля.
Материалами с самой высокой удельной прочностью обычно являются такие волокна, как углеродное волокно , стекловолокно и различные полимеры, которые часто используются для изготовления композиционных материалов (например, углеродное волокно-эпоксидная смола ). Эти и другие материалы, такие как титан , алюминий , магний и высокопрочные стальные сплавы, широко используются в аэрокосмической и других областях, где экономия веса оправдывает более высокую стоимость материалов.
Обратите внимание, что прочность и жесткость различны. Оба важны для проектирования эффективных и безопасных конструкций.
Расчеты длины разрыва
[ редактировать ]где это длина, это предел прочности, плотность и ускорение свободного падения ( РС )
Примеры
[ редактировать ]Материал | Предел прочности ( МПа ) | Плотность ( г / см 3 ) | Удельная прочность ( кН · м / кг ) | Длина разрыва ( км ) | Источник |
---|---|---|---|---|---|
Конкретный | 2–5 | 2.30 | 5.22 | 0.44 | [ нужна ссылка ] |
Полиоксиметилен ; ПОМ | 69 | 1.42 | 49 | 4.95 | [1] |
Резина | 15 | 0.92 | 16.3 | 1.66 | [ нужна ссылка ] |
Медь | 220 | 8.92 | 24.7 | 2.51 | [ нужна ссылка ] |
Полипропилен ; ПП | 25–40 | 0.90 | 28–44 | 2.8–4.5 | [2] |
(Поли) акрилонитрилбутадиенстирол ; АБС | 41–45 | 1.05 | 39–43 | [3] | |
полиэтилентерефталат ; полиэстер; ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ | 80 | 1.3–1.4 | 57–62 | [4] | |
Фортепианная струна ; АСТМ 228 Сталь | 1590–3340 | 7.8 | 204–428 | [5] | |
Полимолочная кислота ; полилактид; НОАК | 53 | 1.24 | 43 | [6] | |
Низкоуглеродистая сталь (AISI 1010) | 365 | 7.87 | 46.4 | 4.73 | [7] |
Нержавеющая сталь (304) | 505 | 8.00 | 63.1 | 6.4 | [8] |
мартенситностареющая сталь (18Ni(350)) | 2450 | 8.2 | 298.78 | 29.7 | [9] |
Латунь | 580 | 8.55 | 67.8 | 6.91 | [10] |
Нейлон | 78 | 1.13 | 69.0 | 7.04 | [11] |
Титан | 344 | 4.51 | 76 | 7.75 | [12] |
Хромомолибденовая сталь (4130) | 560–670 | 7.85 | 71–85 | 7.27–8.70 | [13] [14] |
Алюминиевый сплав (6061-T6) | 310 | 2.70 | 115 | 11.70 | [15] |
Дуб | 90 | 0.78–0.69 | 115–130 | 12–13 | [16] |
Инконель (X-750) | 1250 | 8.28 | 151 | 15.4 | [17] |
Магниевый сплав | 275 | 1.74 | 158 | 16.1 | [18] |
Алюминиевый сплав (7075-T6) | 572 | 2.81 | 204 | 20.8 | [19] |
Сосна (американская восточная белая) | 78 | 0.35 | 223 | 22.7 | [20] |
Титановый сплав ( бета-с ) | 1250 | 4.81 | 260 | 26.5 | [21] |
Бейнит | 2500 | 7.87 | 321 | 32.4 | [22] |
Реверсивно собираемые ячеистые композиционные материалы | 0.073 | 0.0072 | 10,139 | 1035 | [23] [24] |
Самоперепрограммируемые механические метаматериалы | 0.01117 | 0.0103 | 1,084 | 111 | [25] |
Бальза | 73 | 0.14 | 521 | 53.2 | [26] |
Углеродно-эпоксидный композит | 1240 | 1.58 | 785 | 80.0 | [27] |
Паучий шелк | 1400 | 1.31 | 1,069 | 109 | [ нужна ссылка ] |
Карбидкремниевое волокно | 3440 | 3.16 | 1,088 | 110 | [28] |
Пряжа Miralon из углеродных нанотрубок C-серии | 1375 | 0.7–0.9 | 1,100 | 112 | [29] |
Стекловолокно | 3400 | 2.60 | 1,307 | 133 | [30] |
Базальтовое волокно | 4840 | 2.70 | 1,790 | 183 | [31] |
1 мкм Железные усы | 14000 | 7.87 | 1,800 | 183 | [22] |
вектран | 2900 | 1.40 | 2,071 | 211 | [30] |
Углеродное волокно (AS4) | 4300 | 1.75 | 2,457 | 250 | [30] |
Кевлар | 3620 | 1.44 | 2,514 | 256 | [32] |
Дайнима ( СВМПЭ ) | 3600 | 0.97 | 3,711 | 378 | [33] |
Зайлон | 5800 | 1.54 | 3,766 | 384 | [34] |
Углеродное волокно (Toray T1100G) | 7000 | 1.79 | 3,911 | 399 | [35] |
Углеродная нанотрубка (см. примечание ниже) | 62000 | 0.037–1.34 | 46 268 – н/д | 4716–Н/Д | [36] [37] |
Огромная карбоновая трубка | 6900 | 0.116 | 59,483 | 6066 | [38] |
Графен | 130500 | 2.090 | 62,453 | 6366 | [39] |
Фундаментальный предел | 9 × 10 13 | 9.2 × 10 12 | [40] |
Данные в этой таблице взяты из лучших случаев и созданы для получения приблизительных цифр.
Примечание. Многостенные углеродные нанотрубки обладают самой высокой прочностью на разрыв среди всех когда-либо измеренных материалов: в лабораториях они производятся с пределом прочности 63 ГПа. [36] все еще значительно ниже теоретического предела в 300 ГПа. Первые веревки из нанотрубок (длиной 20 мм), прочность на разрыв которых была опубликована (в 2000 году), имели прочность 3,6 ГПа, что все еще значительно ниже их теоретического предела. [41] Плотность различна в зависимости от способа изготовления, а наименьшее значение составляет 0,037 или 0,55 (твердый). [37]
«Юрий» и космические привязи
[ редактировать ]Международный консорциум космических лифтов использует «Юри» как название единиц СИ, описывающих удельную силу. Удельная прочность имеет фундаментальное значение при описании материалов кабелей космических лифтов . Один Юрий считается единицей СИ для предела текучести (или напряжения разрушения) на единицу плотности материала, находящегося под напряжением. Один Юрий равен 1 Па⋅м. 3 /кг или 1 Н⋅м , что представляет / разрыва кг /податливости собой усилие на линейную плотность кабеля при растяжении. [42] [43] Функциональному земному космическому лифту потребуется трос длиной 30–80 мегаюри (что соответствует 3100–8200 км разрывной длины). [44]
Фундаментальный предел удельной силы
[ редактировать ]Условие нулевой энергии накладывает фундаментальный предел на удельную прочность любого материала. [40] Удельная прочность не должна превышать c 2 ~ 9 × 10 13 кН⋅м – / , кг где c скорость света . Этот предел достигается с помощью линий электрического и магнитного поля, трубок потока КХД и фундаментальных струн, предполагаемых теорией струн . [ нужна ссылка ]
Прочность (прочность ткани)
[ редактировать ]Прочность это общепринятая мера прочности волокна . или пряжи – Обычно оно определяется как предельное (разрывное) усилие волокна (в единицах грамм -силы), деленное на денье .Поскольку денье является мерой линейной плотности, прочность оказывается не мерой силы на единицу площади, а скорее квазибезразмерной мерой, аналогичной удельной прочности. [45] Упорство соответствует: [ нужна ссылка ] В основном прочность выражается в отчете как cN/tex.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Гомополимер ацеталя полиоксиметилена – ПОМ» . AZoM.com . 30 августа 2001 г. Архивировано из оригинала 22 июля 2020 г. Проверено 22 июля 2020 г.
- ^ «Полипропилен — источник интернет-каталога — поставщик исследовательских материалов в небольших количествах — Goodfellow» . www.goodfellow.com . Архивировано из оригинала 07 августа 2018 г. Проверено 24 апреля 2017 г.
- ^ «Полиакрилонитрил-бутадиен-стирол — источник онлайн-каталога — поставщик исследовательских материалов в небольших количествах — Goodfellow» . www.goodfellow.com . Архивировано из оригинала 20 декабря 2018 г. Проверено 29 июля 2018 г.
- ^ «Полиэтилентерефталат — источник онлайн-каталога — поставщик исследовательских материалов в небольших количествах — Goodfellow» . www.goodfellow.com . Архивировано из оригинала 17 апреля 2019 г. Проверено 29 июля 2018 г.
- ^ «Сталь ASTM A228 (UNS K08500)» . www.matweb.com . Архивировано из оригинала 19 января 2019 г. Проверено 17 января 2019 г.
- ^ «Полимолочная кислота – Биополимер – источник онлайн-каталога – поставщик исследовательских материалов в небольших количествах – Goodfellow» . www.goodfellow.com . Архивировано из оригинала 29 июля 2018 г. Проверено 29 июля 2018 г.
- ^ «Сталь AISI 1010 холоднотянутая» . matweb.com . Архивировано из оригинала 18 апреля 2018 г. Проверено 20 октября 2015 г.
- ^ «Паспорт материала ASM» . asm.matweb.com . Архивировано из оригинала 01 октября 2018 г. Проверено 20 октября 2015 г.
- ^ «Информационный листок по Марадингу корпорации SSA» . matmatch.com/learn/material/maraging-steel .
- ^ «Свойства медных сплавов» . roymech.co.uk . Архивировано из оригинала 30 марта 2019 г. Проверено 17 апреля 2006 г.
- ^ «Полиамид — Нейлон 6 — источник онлайн-каталога — поставщик исследовательских материалов в небольших количествах — Goodfellow» . www.goodfellow.com . Архивировано из оригинала 17 апреля 2019 г. Проверено 24 апреля 2017 г.
- ^ «Паспорт материала ASM» . asm.matweb.com . Архивировано из оригинала 22 марта 2019 г. Проверено 14 ноября 2016 г.
- ^ «Паспорт материала ASM» . asm.matweb.com . Архивировано из оригинала 6 апреля 2019 г. Проверено 18 августа 2016 г.
- ^ «Паспорт материала ASM» . asm.matweb.com . Архивировано из оригинала 15 марта 2012 г. Проверено 18 августа 2016 г.
- ^ «Паспорт материала ASM» . asm.matweb.com . Архивировано из оригинала 22 октября 2018 г. Проверено 18 августа 2016 г.
- ^ «Экологические данные: Дубовая древесина» . Архивировано из оригинала 9 октября 2007 года . Проверено 17 апреля 2006 г.
{{cite web}}
: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ) - ^ «Паспорт материала ASM» . asm.matweb.com . Архивировано из оригинала 4 октября 2018 г. Проверено 20 октября 2015 г.
- ^ «eFunda: Типичные свойства магниевых сплавов» . www.efunda.com . Архивировано из оригинала 30 января 2020 г. Проверено 01 октября 2021 г.
- ^ «Паспорт материала ASM» . asm.matweb.com . Архивировано из оригинала 16 октября 2018 г. Проверено 20 октября 2015 г.
- ^ «Американская восточная белая сосна» . www.matweb.com . Архивировано из оригинала 08.12.2019 . Проверено 8 декабря 2019 г.
- ^ «Паспорт материалов AZo» . azom.com . 11 февраля 2003 г. Архивировано из оригинала 23 июня 2017 г. Проверено 14 ноября 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б 52-я лекция в память Хэтфилда: «Большие куски очень прочной стали», автор HKDH Bhadeshia, 2005 г., на archive.is
- ^ «Из игрушечных блоков получаются легкие и прочные конструкции» . 16 августа 2013 г. Проверено 21 марта 2024 г.
- ^ Шедлер, Тобиас А.; Якобсен, Алан Дж.; Картер, Уильям Б. (13 сентября 2013 г.). «На пути к более легким и жестким материалам» . Наука . 341 (6151): 1181–1182. Бибкод : 2013Sci...341.1181S . дои : 10.1126/science.1243996 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 24031005 .
- ^ Кривко, Яцек (08 февраля 2024 г.). «Создание роботов для освоения космоса «нулевой массы» . Арс Техника . Проверено 21 марта 2024 г.
- ^ «MatWeb – информационный ресурс онлайн-материалов» . matweb.com . Архивировано из оригинала 02 апреля 2015 г. Проверено 29 июня 2009 г.
- ^ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ McGRAW-HILL, 8-е издание, (c) 1997, том. 1 стр 375
- ^ «Specialty Materials, Inc. Волокна карбида кремния SCS» . Архивировано из оригинала 4 апреля 2018 г. Проверено 17 апреля 2006 г.
- ^ NanoComp Technologies Inc. «Миралоновая пряжа» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 20 декабря 2018 г. Проверено 19 декабря 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б с «Вектран» . Vectran Fiber, Inc. Архивировано из оригинала 8 июля 2019 г. Проверено 12 июня 2017 г.
- ^ «RWcarbon.com — источник аэрозапчастей из углеродного волокна для BMW и Mercedes» . rwcarbon.com . Архивировано из оригинала 3 мая 2019 г. Проверено 01 октября 2021 г.
- ^ «Сетевая группа по композитам в строительстве: введение в полимерные композиты, армированные волокном» . Архивировано из оригинала 18 января 2006 года . Проверено 17 апреля 2006 г.
{{cite web}}
: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ) - ^ «Информационный бюллетень о Dyneema» . ДСМ . 1 января 2008 г. Архивировано из оригинала 8 августа 2019 г. . Проверено 23 мая 2016 г.
- ^ Toyobo Co., Ltd. «Технические данные Zylon® (волокно PBO) (2005 г.)» (PDF) Архивировано из оригинала (скачать бесплатно в формате PDF) 26 апреля 2012 г.
- ^ Toray Composites Materials America, Co., Ltd. «T1100S, УГЛЕРОДНОЕ ВОЛОКНО СРЕДНЕГО МОДУЛЯ» (скачать бесплатно в формате PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 13 июля 2021 г. Проверено 29 июня 2021 г.
{{cite web}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б Ю, Мин-Фэн; Лурье, Олег; Дайер, Марк Дж.; Молони, Катерина; Келли, Томас Ф.; Руофф, Родни С. (28 января 2000 г.). «Прочность и механизм разрушения многостенных углеродных нанотрубок под действием растягивающей нагрузки» (PDF) . Наука . 287 (5453): 637–640. Бибкод : 2000Sci...287..637Y . дои : 10.1126/science.287.5453.637 . ПМИД 10649994 . S2CID 10758240 . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2011 года.
- ^ Перейти обратно: а б К.Хата (2007). «От высокоэффективного синтеза УНТ без примесей до лесов ДУНТ, твердых тел УНТ и суперконденсаторов» (PDF) . В Разеги, Маниджа; Браун, Гейл Дж. (ред.). От высокоэффективного синтеза УНТ без примесей до лесов ДУНТ, твердых частиц УНТ и суперконденсаторов . Квантовые сенсоры и нанофотонные устройства IV. Том. 6479. стр. 64791Л. дои : 10.1117/12.716279 . S2CID 136421231 . Архивировано из оригинала 14 декабря 2014 г. Проверено 2 декабря 2009 г.
{{cite book}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Пэн, Х.; Чен, Д.; и др., Хуан Цзюй; и др. (2008). «Прочные и пластичные колоссальные углеродные трубки со стенками из прямоугольных макропор». Физ. Преподобный Летт . 101 (14): 145501. Бибкод : 2008PhRvL.101n5501P . doi : 10.1103/PhysRevLett.101.145501 . ПМИД 18851539 .
- ^ «Лауреаты Нобелевской премии по физике 2010 года» (PDF) . nobelprize.org. Архивировано (PDF) из оригинала 1 июля 2018 г. Проверено 28 марта 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б Браун, Адам Р. (2013). «Прочность на разрыв и добыча черных дыр». Письма о физических отзывах . 111 (21): 211301. arXiv : 1207.3342 . Бибкод : 2013PhRvL.111u1301B . doi : 10.1103/PhysRevLett.111.211301 . ПМИД 24313473 . S2CID 16394667 .
- ^ Ли, Ф.; Ченг, HM; Бай, С.; Су, Г.; Дрессельхаус, MS (2000). «Прочность на разрыв одностенных углеродных нанотрубок, измеренная непосредственно по их макроскопическим веревкам» . Письма по прикладной физике . 77 (20): 3161–3163. Бибкод : 2000ApPhL..77.3161L . дои : 10.1063/1.1324984 .
- ^ «Вызов Strong Tether 2013» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 января 2016 г.
- ^ «Терминология» . isec.org . Архивировано из оригинала 27 мая 2012 г.
- ^ «Особая сила в Юрисе» . keithcu.com . Архивировано из оригинала 09 февраля 2019 г. Проверено 2 июня 2012 г.
- ^ Родригес, Фердинанд (1989). Принципы полимерных систем (3-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Hemisphere Publishing. п. 282 . ISBN 9780891161769 . OCLC 19122722 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Удельная жесткость - Таблица удельной прочности , Кембриджский университет, инженерный факультет.