ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ II

Transcript

1 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ II

2 4.3 ΟΛΚΙΜΟΤΗΤΑ (DUCTILITY) Ολκιμότητα - μέτρο του βαθμού πλαστικής παραμόρφωσης στο σημείο θραύσης στένωση, λαιμός (necking) θραύση όλκιμου υλικού (ductile material) θραύση ψαθυρού υλικού (brittle material) Ψαθυρό υλικό πολύ λίγη η μηδενική πλαστική παραμόρφωση Ολκιμότητα - ικανότητα υλικού να τεντώνεται σε ένα σύρμα

3 Ολκιμότητα ποσοτικά: %EL = l f l 0 l επί τοις εκατό ποσοστό επιμήκυνσης = το ποσοστό της πλαστικής παραμόρφωσης l o A o A f l f στο σημείο θραύσης - l f μήκος θραύσης - l 0 αρχικό ενεργό μήκος Μεγάλο μέρος της πλαστικής παραμόρφωσης γίνεται στην περιοχή του λαιμού -> %EL = f( l 0 ) : l 0 μικροτερο - > %EL μεγαλύτερο (συνήθως l 0 =50mm) %RA = A 0 A f A επί τοις εκατό ποσοστό μείωσης επιφάνειας - A f εμβαδόν διατομής στο σημείο θραύσης - A 0 αρχικό εμβαδόν διατομής - ανεξάρτητο των l 0 και A 0 l f και A f μετρώνται μετά τη θραύση, αφού οι δυο σπασμένες άκρες τοποθετηθούν ξανά μαζί

4 σ 4.4 ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΑΣΗΣ-ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΣΕ ΕΦΕΛΚΥΣΜΟ ΓΙΑ ΨΑΘΥΡΑ ΚΑΙ ΟΛΚΙΜΑ ΥΛΙΚΑ Ψαθυρό Όλκιμο Ψαθυρά υλικά : %EL < 5% ε

5 4.5 ΕΞΑΡΤΗΣΗ ΚΑΜΠΥΛΗΣ ΤΑΣΗΣ-ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ (ΓΙΑ FE) Θερμοκρασία δωματίου - > τα μέταλλα έχουν μέτριο βαθμό ολκιμότητας Τ -> τα μέταλλα γίνονται ψαθυρά Αύξηση θερμοκρασίας Ε, σ y,ts φθίνουν - ολκιμότητα αυξάνει

6 E ( GPa) E ( 10 6 psi) Θερμοκρασια ( o F ) Βολφραμιο Χαλυβας Αλουμινιο Θερμοκρασια ( o C )

7 Υλικό Αντοχή διαρροής ΜPa (ksi) Εφελκυστική αντοχή ΜPa (ksi) Ολκιμότητα %EL (σε 50mm) Αλουμίνιο 35 (5) 90 (13) 40 Χαλκός 69 (10) 200 (29) 45 Ορείχαλκος (70Cu -30Zn) 75 (11) 300 (44) 68 Σίδηρος 130 (19) 262 (38) 45 Νικέλιο 138 (20) 480 (70) 40 Χάλυβας 180 (26) 380 (55) 25 Τιτάνιο 450 (65) 520 (75) 25 Μολυβδένιο 565 (82) 655 (95) 35 Αυτές οι ιδιότητες επηρεάζονται από: προηγούμενη παραμόρφωση παρουσία προσμίξεων, θερμική κατεργασία Ε ΔΕΝ επηρεάζεται από αυτές τις κατεργασίες

8 τάση 4.6 ΕΠΑΝΑΤΑΞΗ (RESILIENCE) Ικανότητα ενός υλικού - να απορροφά ενεργεία όταν παραμορφώνεται ελαστικά - να αποδίδει αυτή την ενεργεία κατά την αποφόρτιση Μέτρο επανατακτικότητας (επανάταξης ) : U r = - ενέργεια παραμόρφωσης ανά μονάδα όγκου που απαιτείται για να τανυστεί από την αφόρτιστη κατάσταση μέχρι το σημείο διαρροής 0 ε yσ dε παραμόρφωση 8

9 Για γραμμική ελαστική περιοχή: U r 1 2 σ yε y Hook σ y 2 2E Ελατήρια - κράματα με υψηλή αντοχή διαρροής και χαμηλό μέτρο ελαστικότητας Μονάδες ενέργειας ανά μονάδα όγκου: [U r ] SI = J m 3 = Pa, [U r] ΗΠΑ = in lb f in 3 (= psi) 9

10 4.7 ΔΥΣΘΡΑΥΣΤΟΤΗΤΑ (FRACTURE TOUGHNESS) 1. Το μέτρο της ικανότητα ενός υλικού να απορροφά ενεργεία μέχρι την θραύση του 2. Το μέτρο της αντίστασης του υλικού στην θραύση όταν υφίσταται ρωγμή Για δυναμικές συνθήκες φόρτισης (υψηλός ρυθμός παραμόρφωσης) και όταν υπάρχει εγκοπή η σημείο συγκέντρωσης τάσεων -> δοκιμή κρούσης

11 σ - Για στατική φόρτιση (χαμηλός ρυθμός παραμόρφωσης) = το εμβαδόν κάτω από την καμπύλη σ-ε μέχρι θραύση - Μονάδες = ενεργεία/ μονάδα όγκου - Δυσθραυστο υλικό = αντοχή + ολκιμότητα - Τα όλκιμα υλικά είναι πιο δυσθραυστα από τα ψαθυρά Ψαθυρό Όλκιμο ε

12 small toughness (ceramics) s large toughness (metals) small toughness polymers e Ψαθυρό υλικό : ελαστική ενεργεία Όλκιμο υλικό : ελαστική + πλαστική ενεργεία

13 4.8 ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΤΑΣΗ - ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ Μετά από το μέγιστο σημείο της καμπύλης σ-ε, η παραμόρφωση γίνεται κυρίως στην περιοχή του λαιμού, όπου το εμβαδόν της διατομής μειώνεται γρήγορα. Πραγματική τάση : σ T = F A i A i - στιγμιαίο εμβαδόν διατομής στην περιοχή του λαιμού, μετά το σημείο αντοχής σε εφελκυσμό Πραγματική παραμόρφωση : ε T = ln l i l 0

14 Χωρίς μεταβολές όγκου, στην έναρξη της δημιουργίας λαιμού: σ T = σ 1 + ε A i l i = A 0 l 0 ε T = ln 1 + ε Στην περιοχή του λαιμού σύνθετη κατάσταση τάσεων (ύπαρξη και άλλων συνιστωσών τάσης επιπλέον της αξονικής) Διορθωμένη καμπύλη Για ορισμένα μέταλλα και κράματα, από την έναρξη της πλαστικής παραμόρφωσης ως την αρχή δημιουργίας λαιμού: σ T = K ε T n K και n σταθεροί για κάθε κράμα, εξαρτώνται από τις συνθήκες υλικού n εκθέτης ενδοτράχυνσης, <1

15 Τιμές παραμέτρων n και K για διάφορα κράματα Υλικό n K (ΜPa) K (psi) Μαλακός χάλυβας (βαμμένος) Χάλυβας (τύπος 4340, βαμμένος) Ανοξείδωτος χάλυβας (τύπος 304, βαμμένο) Αλουμίνιο (βαμμένο) Κράμα αλουμινίου (τύπος 2024, θερμικά κατεργασμένο) Χαλκός (βαμμένος) Ορείχαλκος (70 Cu 30 Zn, βαμμένος)

16 Τάση ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΤΑΣΗΣ - ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗΣ Πραγματική Διορθωμένη Μηχανική Παραμόρφωση

17 ΠΑΡΆΔΕΙΓΜΑ ΠΡΟΒΛΉΜΑΤΟΣ 1 Υπολογισμός ολκιμότητας και πραγματικής τάσης στην θραύση Ένα κυλινδρικό δοκίμιο χάλυβα αρχικής διαμέτρου 12.8 mm υφίσταται δοκιμή εφελκυσμού μέχρι θραύση και βρίσκεται να έχει μηχανική τάση θραύσης σ f = 460 MPa. Αν η διάμετρος της διατομής στην θραύση = 10.7 mm, προσδιορίστε: (Α) Την ολκιμότητα σε όρους του επί τοις εκατό ποσοστού μείωσης επιφάνειας (Β) Την πραγματική τάση στην θραύση

18 ΠΑΡΆΔΕΙΓΜΑ ΠΡΟΒΛΉΜΑΤΟΣ 2 Υπολογισμός του Εκθέτη Ενδοτραχυνσης Υπολογίστε τον εκθέτη ενδοτραχυνσης n για ένα κράμα στο οποίο πραγματική τάση 415 MPa παράγει μια πραγματική παραμόρφωση ιση με Για τον συντελεστή Κ θεωρείτε την τιμή 1035 MPa.

19 Τάση 4.9 ΕΛΑΣΤΙΚΗ ΑΝΑΚΤΗΣΗ ΜΕΤΑ ΑΠΟ ΠΛΑΣΤΙΚΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ (ELASTIC RECOVERY AFTER PLASTIC DEFORMATION) Απoφόρτιση Επαναφόρτιση Ανάκτηση ελαστικής παραμόρφωσης Παραμόρφωση

20 4.10 ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣH Δοκιμές θλίψης - με ίδια συσκευή δοκιμής όπως οι δόκιμες εφελκυσμού Ο τύπος της θραύσης είναι διαφορετικός από εκείνον του εφελκυσμού Barreling Δοκίμιο θλίψης

21 Ελαστική Δεν εμφανίζεται στένωση -> δεν υπάρχει μέγιστο πριν την θραύση Τάση σημείο θραύσης Πλαστική Παραμόρφωση

22 Πραγματική τάση : σ T = F c A i Πραγματική παραμόρφωση : ε T = ln l i l 0 Μηχανική τάση: σ= F c A 0 Μηχανική παραμόρφωση: ε = l i l 0 l 0 = Δl l 0 Θλίψη: F c < 0, Δl < 0

23 4.12 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ

24 5. ΣΚΛΗΡΌΤΗΤΑ (HARDNESS) Σκληρότητα μέτρο της αντίστασης του υλικού σε περιορισμένη τοπικά πλαστική παραμόρφωση (π.χ. μικρό κοίλωμα η χαραγή) Πρώτες δοκιμές σκληρότητας με βάση την ικανότητα ενός υλικού να χαράζει κάποιο άλλο μαλακότερο Οι μετρήσεις σκληρότητας είναι σχετικές και όχι απόλυτες - προσοχή στη σύγκριση των τιμών από διαφορετικές τεχνικές Κλίμακα του Mosh ποιοτικό σχήμα - 1 (μαλακό τάλκη) 10 (διαμάντι)

25 e.g., Hardened 10 mm sphere apply known force measure size of indentation after removing load D d Smaller indents mean larger hardness. most plastics brasses Al alloys easy to machine steels file hard cutting tools nitrided steels diamond Ποσοτικές τεχνικές μέτρησης increasing hardness Ένας διεισδυτής πιέζεται πάνω στην επιφάνεια του υλικού Ελεγχόμενες συνθήκες - επιβαλλομένου φορτίου - ρυθμού εφαρμογής Το βάθος ή το μέγεθος της προκύπτουσας διείσδυσης (αποτύπωσης) μετράται και σχετίζεται με έναν αριθμό σκληρότητας μαλακό υλικό - μεγαλύτερο και βαθύτερο αποτύπωμα - μικρός αριθμός σκληρότητας

26 Δοκιμή σκληρότητας: - απλή - η συσκευή δοκιμής χαμηλού κόστους - μη-καταστροφική τα δοκίμια ούτε θραύονται, ούτε παραμορφώνονται υπερβολικά - μόνο μια μικρή διείσδυση - από τα δεδομένα της σκληρότητα, άλλες μηχανικές ιδιότητες μπορούν να εκτιμηθούν (π.χ. αντοχή σε εφελκυσμό )

27 5.1 ΔΟΚΙΜΉ ΣΚΛΗΡΌΤΗΤΑΣ ROCKWELL Δοκιμή όλων των μετάλλων και κραμάτων και μερικά πολυμερή Οι διεισδυτές μικρές σφαίρες από σκληρυμένο χάλυβα με διάμετρο 1.588, 3.175, και mm (1/16, 1/8, 1/4, και 1/2 in) - κωνικό από διαμάντι ( για τα σκληρότερα υλικά ) Ο αριθμός σκληρότητας καθορίζεται από τη διαφορά σε βάθος διείσδυσης που προκύπτει από την εφαρμογή ενός αρχικού φορτίου που ακολουθείται από ένα μεγαλύτερο Η χρήση μικρότερου φορτίου βελτιώνει την ακρίβεια της δοκιμής Φορτία - το μικρό φορτίο = 10 kg - τα μεγάλα φορτία: 60, 100, και 150 kg

28 Πολλές διαφορετικές κλίμακες μπορούν να χρησιμοποιηθούν από όλους τους πιθανούς συνδυασμούς διαφόρων διεισδυτών και διαφορετικών φορτίων Κάθε κλίμακα - ένα γράμμα της αλφαβήτου Κλίμακες Σκληρότητας Rockwell Σύμβολο κλίμακας Διεισδυτης Μέγιστο φορτίο (kg) A Διαμάντι 60 B 1/16 in σφαίρα 100 C Διαμάντι 150 D Διαμάντι 100 E 1/8 in σφαίρα 100 F 1/16 in σφαίρα 60 G 1/16 in σφαίρα 150 H 1/8 in σφαίρα 60 K 1/8 in σφαίρα 150

29 Δοκιμή Επιφανειακής Σκληρότητας Rockwell (σε λεπτά δοκίμιο) - το μικρότερο φορτίο = 3 kg - τα μεγάλα φορτία: 15, 30, και 45 kg - Κάθε κλίμακα - 15, 30, ή 45 (αναλόγως του φορτίου) και N, T, W, X, Y Κλίμακες Επιφανειακής Σκληρότητας Rockwell Σύμβολο κλίμακας Διεισδυτής Μέγιστο φορτίο (kg) 15 Ν Διαμάντι 15 30Ν Διαμάντι 30 45Ν Διαμάντι 45 15Τ 1/16 in σφαίρα 15 30Τ 1/16 in σφαίρα 30 45Τ 1/16 in σφαίρα 45 15W 1/8 in σφαίρα 15 30W 1/8 in σφαίρα 30 45W 1/8 in σφαίρα 45

30 Πρέπει να αναγράφεται και ο αριθμός σκληρότητας και το σύμβολο κλίμακας Η κλίμακα δηλώνεται από το σύμβολο HR + το γράμμα της κλίμακας (π.χ. 80 HRB η 60 HR30W ) Για κάθε κλίμακα, σκληρότητα < 130 Σκληρότητες >100 ή < 20 γίνονται ανακριβείς μετρήσεις Οι κλίμακες έχουν κάποια επικάλυψη -> αν η σκληρότητα είναι >100 η < 20 χρησιμοποιείται η επόμενη σκληρότερη ή μαλακότερη κλίμακα Ανακρίβειες - το δοκίμιο είναι πολύ λεπτό - το αποτύπωμα γίνεται πολύ κοντά σε ένα άκρο του δείγματος - δύο αποτυπώματα είναι πολύ κοντά το ένα στο άλλο

31 Ο πάχος του δείγματος > 10 Χ το βάθος διείσδυσης Η απόσταση - κέντρο της αποτύπωσης - άκρη του δοκιμίου - κέντρα δυο αποτυπώσεων > 3Χ διάμετρο αποτύπωσης Όχι τοποθέτηση δοκιμίων ένα πάνω στο άλλο κατά την μέτρηση Η ακρίβεια εξαρτάται από το αποτύπωμα σε λεία επίπεδη επιφάνεια Η μεταβολή του χρόνου φόρτισης πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη στην ερμηνεία των δεδομένων σκληρότητας

32 5.2 ΔΟΚΙΜΗ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑΣ BRINELL Σκληρό σφαιρικό αντικείμενο (σκληρυμένο χάλυβα η καρβίδιο του βολφραμίου) με διάμετρο 10.00mm Τυπικά φορτία: 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000 kg σκληρότερα υλικά μεγαλύτερα φορτία Φορτίο σταθερό για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα (10s - 30s) Μόνο μία κλίμακα

33 Ο αριθμός σκληρότητας Brinell, HB - συνάρτηση του μεγέθους του φορτίου και της διαμέτρου αποτύπωσης ΗΒ = 2P πd[d D 2 d 2 ], P εφαρμοζόμενο φορτίο [kgf] D διάμετρος διεισδυτή d διάμετρος αποτύπωσης Η διάμετρος μετράται με μικροσκόπιο χαμηλής ισχύος με κλίμακα χαραγμένη στο προσοφθάλμιο Η μετρούμενη διάμετρος μετατρέπεται σε αριθμό ΗΒ χρησιμοποιώντας ένα διάγραμμα

34

35 Ημιαυτόματες τεχνικές - με ψηφιακή κάμερα - τα δεδομένα από την κάμερα μεταφέρονται σε υπολογιστή που αναλύει την διείσδυση και υπολογίζει τον αριθμό ΗΒ - αυστηρότερες απαιτήσεις φινίρισματος επιφάνειας από εκείνες για τη χειροκίνητη μέτρηση Το πάχος του δείγματος, απόσταση κέντρο της αποτύπωσης - άκρη του δοκιμίου και μεταξύ κέντρα δυο αποτυπωμάτων ίδιο με Rockwell

36 5.3 ΔΟΚΙΜΕΣ ΜΙΚΡΟΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑΣ KNOOP ΚΑΙ VICKERS Μέθοδος της διαμαντένιας πυραμίδας Και στις δυο τεχνικές, ο διεισδυτής είναι ένα πολύ μικρό διαμάντι πυραμοειδούς γεωμετρίας Τα εφαρμοζόμενα φορτία : 1g g Το αποτύπωμα παρατηρείται με μικροσκόπιο, μετράται και μετατρέπεται σε ένα αριθμό σκληρότητας (Πίνακας) Προσεκτική προετοιμασία της επιφάνειας δοκιμίων (λείανση και στίλβωση)

37 Οι αριθμοί σκληρότητας Knoop και Vickers συμβολίζονται HK και HV Οι κλίμακες σκληρότητας για τις δύο τεχνικές είναι περίπου ισοδύναμες Η τεχνική Knoop χρησιμοποιείται για ψαθυρά υλικά όπως κεραμικά Σύγχρονες συσκευές δοκιμής μικροσκλυρότητας - αυτοματοποιημένες

38 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΔΟΚΙΜΗΣ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑΣ Callister

39 5.4 ΜΕΤΑΤΡΟΠΉ ΣΚΛΗΡΌΤΗΤΑΣ Η σκληρότητα δεν είναι καλά ορισμένη ιδιότητα Δεν υπάρχει ένα συνολικό σύστημα μετατροπών Έχει προσδιορισθεί πειραματικά Εξαρτάται από τον τύπο και τα χαρακτηριστικά του υλικού Λεπτομερείς πίνακες μετατροπής στην τυποποίηση Ε140 της ASTM Standard Hardness Conversion Tables for Metals

40 5.5 ΣΥΣΧΈΤΙΣΗ ΜΕΤΑΞΎ ΣΚΛΗΡΌΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΑΝΤΟΧΉΣ ΣΕ ΕΦΕΛΚΥΣΜΌ Η αντοχή σε εφελκυσμό και η σκληρότητα είναι ενδείξεις της αντίστασης ενός μετάλλου στην πλαστική παραμόρφωση Μεγέθη ανάλογα Διαφορετική σχέση αναλογίας για διάφορα μέταλλα Για τους περισσότερους χάλυβες: Αντοχή σε εφελκυσμό ως συνάρτηση της HB για χυτοσίδηρο (cast iron), χάλυβες (steels), και ορείχαλκο (brass) TS MPa = 3.45 HB

41 6. ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΩΝ ΙΔΙΟΤΉΤΩΝ ΤΩΝ ΥΛΙΚΏΝ Οι μετρούμενες ιδιότητες των υλικών δεν είναι ακριβείς ποσότητες Υπάρχει πάντα κάποια διασπορά ή διακύμανση των δεδομένων Παράγοντες που οδηγούν σε αβεβαιότητες : - μέθοδος δοκιμής - διακυμάνσεις στην διαδικασία κατασκευής των δοκιμίων - επίδραση του χειριστή - βαθμονόμηση της συσκευής - ανομοιογένειες (inhomogenities) εντός της ίδιας παρτίδας του υλικού - ελαφρές διαφορές στην σύνθεση από παρτίδα σε παρτίδα Στατιστική επεξεργασία δεδομένων, προσδιορισμός πιθανοτήτων «Ποια είναι η αντοχή θραύσης του κράματος αυτού;» «Ποια είναι η πιθανότητα της αστοχίας αυτού του κράματος κάτω από αυτές τις δεδομένες συνθήκες;»

42 Χαρακτηριστική τιμή -> μέση τιμή: x = i=1 n n x i n αριθμός παρατηρήσεων η μετρήσεων x i - τιμή μιας διακριτής μέτρησης Τυπική απόκλιση s= i=1 n (xi x) 2 n 1 1/2 Μεγάλο s -> υψηλό βαθμό διασποράς

43 Παράδειγμα για γραφική παράσταση Υπολογίστε: A) την μέση τιμή του TS B) την τυπική απόκλιση Αριθμός Δοκιμίου TS(MPa)

44 7. ΣΧΕΔΊΑΣΗ /ΠΑΡΆΓΟΝΤΕΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Αβεβαιότητες - στον προσδιορισμό των μεγεθών των εφαρμοζόμενων φορτίων (τα φορτία υπολογίζονται μόνο κατά προσέγγιση) - των συσχετιζόμενων επίπεδων τάσεων κατά την λειτουργία των υλικών - διακύμανση των μετρούμενων μηχανικών ιδιοτήτων - ατέλειες κατά την κατασκευή υλικών - βλάβη κατά τη διάρκεια της λειτουργία Οι σχεδιαστικές μέθοδοι να προστατεύουν από μη αναμενόμενη αστοχία 20ο αιώνα - μείωση της εφαρμοζόμενης τάσης μέσω ενός σχεδιαστικού παράγοντα ασφαλείας - δεν παρέχει επαρκή ασφάλεια σε αεροσκάφη η σε δομικά εξαρτήματα γεφυρών

45 Για λιγότερο κρίσιμες στατικές καταστάσεις με ανθεκτικά (δύσθραυστα) υλικά - σχεδιαστική τάση (design stress) σ d = N σ c - N > 1 παράγοντα σχεδίασης - σ c - υπολογιζόμενη τάση (calculated stress) - Επιλέγουμε υλικό με σ y σ d Εναλλακτικά, η τάση ασφάλειας ή λειτουργίας, σ w (working stress) σ w = σ y /N - σ y - αντοχή διαρροής του υλικού < N < παράγοντα ασφαλείας - Ν μεγάλο -> αυξημένο κόστος υλικών

46 ΠΑΡΆΔΕΙΓΜΑ ΠΡΟΒΛΉΜΑΤΟΣ 3 Προδιαγραφές Διαμέτρου Στύλων Στήριξης Πρόκειται να κατασκευασθει μια συσκευή δοκιμής εφελκυσμού, το οποίο πρέπει να αντέχει ένα μέγιστο φορτίο των Ν. Ο σχεδιασμός απαιτεί δύο κυλινδρικούς στύλους στήριξης, κάθε ένας από των οποίων θα υποστηρίζει το μισό του μέγιστου φορτίου. Επιπλέον, θα χρησιμοποιηθεί μια επίπεδη βάση από ανθρακούχο χάλυβα (σ y =310 MPa, TS = 565 MPa ) και γυαλισμένοι στρογγυλοί άξονες. Προσδιορίστε μια κατάλληλη διάμετρο για τους στύλους στήριξης.

47 ΠΑΡΆΔΕΙΓΜΑ ΠΡΟΒΛΉΜΑΤΟΣ 4 Προδιαγραφές Υλικών για Κυλινδρικό Αγωγό Μεταφοράς Αερίου υπό Πίεση (Α) Ένα κυλινδρικό σωλήνα με λεπτά τοιχώματα, με διάμετρο 50 mm και πάχος τοιχώματος 2 mm πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για τη μεταφορά πεπιεσμένου αερίου. Οι πιέσεις εσωτερικά και εξωτερικά του σωλήνα είναι και ΜΡα, αντίστοιχα. Ο συντελεστής ασφαλείας =4.0. Για ένα κύλινδρο με λεπτά τοιχώματα, η περιφερειακή τάση (σ) εξαρτάται από τη διαφορά πίεσης (Δp), ακτίνα του κυλίνδρου (r i ), και το πάχος τοιχώματος (t) ως εξής: σ = r i Δp t Ποία από τα παρακάτω μέταλλα και τα κράματα είναι κατάλληλα;

48 (Β) Προσδιορίστε ποια από τα κράματα που ικανοποιούν το κριτήριο του μέρους (A) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή αγωγού με το χαμηλότερο κόστος.

49 8. ΠΕΡΊΛΗΨΗ 1. Τάση και Παραμόρφωση (Stress & Strain) - τύποι φορτίου: Εφελκυστικό, Θλιπτικό, Διατμητικό, Στρεπτικό - δοκιμές 2. Ελαστική Παραμόρφωση - γραμμική ( νόμος του Hook) - μη γραμμική - εξάρτιση του Ε από διατομικές δυνάμεις, θερμοκρασία - λόγος Poisson 3. Πλαστική Παραμόρφωση - διαρροή και αντοχή διαρροής - εφελκυστική διαρροή - ολκιμότητα

50 - επανάταξη - δυσθραυστότητα - πραγματική τάση και πραγματική παραμόρφωση - ελαστική ανάκτηση μετά από πλαστική παραμόρφωση 4. Σκληρότητα - Rockwell - Brinell - Knoop & Vickers - μετατροπή σκληρότητας - σχέση σκληρότητας - αντοχής σε εφελκυσμό

51 5. Διακύμανση των Ιδιοτήτων των Υλικών - μέση τιμή και τυπική απόκλιση 6. Σχεδίαση / Παράγοντες Ασφάλειας - σχεδιαστική τάση - τάση ασφάλειας