11. WŁASNOŚCI SPRĘŻYSTE CIAŁ

Podobne dokumenty
Integralność konstrukcji

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

Ćw. 4. Wyznaczanie modułu Younga z ugięcia

CIEPLNE I MECHANICZNE WŁASNOŚCI CIAŁ

Podstawowe pojęcia wytrzymałości materiałów. Statyczna próba rozciągania metali. Warunek nośności i użytkowania. Założenia

WYZNACZANIE MODUŁU SZTYWNOŚCI METODĄ DYNAMICZNĄ GAUSSA

Nauka o Materiałach. Wykład VIII. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste. Jerzy Lis

Ćwiczenie 11. Moduł Younga

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

MATERIAŁOZNAWSTWO vs WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW

SPRAWDZENIE PRAWA HOOKE'A, WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA, WSPÓŁCZYNNIKA POISSONA, MODUŁU SZTYWNOŚCI I ŚCIŚLIWOŚCI DLA MIKROGUMY.

INSTRUKCJA DO CWICZENIA NR 5

Materiały Reaktorowe. Właściwości mechaniczne

m Jeżeli do końca naciągniętej (ściśniętej) sprężyny przymocujemy ciało o masie m., to będzie na nie działała siła (III zasada dynamiki):

Fizyczne właściwości materiałów rolniczych

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE SPRĘŻYSTOŚĆ MATERIAŁ. Właściwości materiałów. Właściwości materiałów

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI TEORETYCZNEJ I SYSTEMÓW INFORMACYJNO-POMIAROWYCH

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Integralność konstrukcji w eksploatacji

Rodzaje obciążeń, odkształceń i naprężeń

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2014/15

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2015/16

Ćw. 3. Wyznaczanie modułu Younga metodą jednostronnego rozciągania

Rys Przykładowe krzywe naprężenia w funkcji odkształcenia dla a) metali b) polimerów.

UOGÓLNIONE PRAWO HOOKE A

FIZYKA METALI - LABORATORIUM 6 Wyznaczanie modułu sztywności metodą wahadła torsyjnego

Wyboczenie ściskanego pręta

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA METODĄ STRZAŁKI UGIĘCIA

Modele materiałów

Defi f nicja n aprę r żeń

Stan odkształcenia i jego parametry (1)

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

Laboratorium wytrzymałości materiałów

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Wprowadzenie do WK1 Stan naprężenia

LABORATORIUM ELEKTROAKUSTYKI. ĆWICZENIE NR 1 Drgania układów mechanicznych

Rozciąganie i ściskanie prętów naprężenia normalne, przemieszczenia 2

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Ciśnienie definiujemy jako stosunek siły parcia działającej na jednostkę powierzchni do wielkości tej powierzchni.

SPRAWDZANIE PRAWA HOOKE A I WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA

Wytrzymałość Konstrukcji I - MEiL część II egzaminu. 1. Omówić wykresy rozciągania typowych materiałów. Podać charakterystyczne punkty wykresów.

INSTRUKCJA DO CWICZENIA NR 4

Wykład 8: Lepko-sprężyste odkształcenia ciał

STATYCZNA PRÓBA SKRĘCANIA

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Wyznaczanie modułu sprężystości za pomocą wahadła torsyjnego

Teoria sprężystości F Z - F Z

[ ] ρ m. Wykłady z Hydrauliki - dr inż. Paweł Zawadzki, KIWIS WYKŁAD WPROWADZENIE 1.1. Definicje wstępne

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Próba statyczna zwykła rozciągania metali

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Wyznaczanie modułu Younga metodą strzałki ugięcia

6. ZWIĄZKI FIZYCZNE Wstęp

Materiały do wykładu na temat Obliczanie sił przekrojowych, naprężeń i zmian geometrycznych prętów rozciąganych iściskanych bez wyboczenia.

Temat 1 (2 godziny): Próba statyczna rozciągania metali

PEŁZANIE WYBRANYCH ELEMENTÓW KONSTRUKCYJNYCH

MECHANIKA PRĘTÓW CIENKOŚCIENNYCH

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

Wytrzymałość Materiałów

Wytrzymałość Materiałów

Wyznaczanie modułu sztywności metodą Gaussa

Prawa ruchu: dynamika

ĆWICZENIE 6 WŁAŚCIWOŚCI SPRĘŻYSTE CIAŁ STAŁYCH

Ścinanie i skręcanie. dr hab. inż. Tadeusz Chyży

5. Indeksy materiałowe

Naprężenia, przemieszczenia, odkształcenia Właściwości materiałów. dr hab. inż. Tadeusz Chyży Katedra Mechaniki Konstrukcji

4. Elementy liniowej Teorii Sprężystości

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

2. Pręt skręcany o przekroju kołowym

WYZNACZANIE MODUŁU SZTYWNOŚCI METODĄ DYNAMICZNĄ

σ ij x 3 x 2 x 1 NAPRĘŻENIA I ODKSZTAŁCENIA Wstęp: Pojęcia te występują w opisie procesu odkształcenia tzn. są to zmiany wymiarów

Dane techniczne Profile i wyposażenie. Położenie rowka, wymiary zewnętrzne, podziałka

Wyznaczenie momentu bezwładności przy użyciu wahadła torsyjnego

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

4.7 Pomiar prędkości dźwięku w metalach metodą echa ultradźwiękowego(f9)

Temat 3 (2 godziny) : Wyznaczanie umownej granicy sprężystości R 0,05, umownej granicy plastyczności R 0,2 oraz modułu sprężystości podłużnej E

Dr inż. Janusz Dębiński

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Wytrzymałość materiałów

Podstawy fizyki wykład 4

Wstęp. Numeryczne Modelowanie Układów Ciągłych Podstawy Metody Elementów Skończonych. Warunki brzegowe. Elementy

Przykład 7.3. Belka jednoprzęsłowa z dwoma wspornikami

Nauka o Materiałach. Wykład VI. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste i plastyczne. Jerzy Lis

Mechanika i wytrzymałość materiałów instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Projekt Metoda Elementów Skończonych. COMSOL Multiphysics 3.4

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów studia niestacjonarne I-go stopnia, semestr zimowy

Zadanie 1 Zadanie 2 tylko Zadanie 3

Wyznaczenie momentu bezwładności przy użyciu wahadła torsyjnego

LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW. Ćwiczenie 8 WYBOCZENIE PRĘTÓW ŚCISKANYCH Cel ćwiczenia

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA

BIOMECHANIKA KRĘGOSŁUPA. Stateczność kręgosłupa

WYZNACZANIE MODUŁU SPRĘŻYSTOŚCI POSTACIOWEJ G PRZEZ POMIAR KĄTA SKRĘCENIA

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

UTRATA STATECZNOŚCI. O charakterze układu decyduje wielkośćobciążenia. powrót do pierwotnego położenia. stabilnego do stanu niestabilnego.

ENERGIA DYSYPACJI W SPRĘŻYSTOLEPKIM PRĘ CIE PRZY HARMONICZNYCH OBCIĄŻENIACH

WSTĘP DO TEORII PLASTYCZNOŚCI

DRGANIA OSCYLATOR HARMONICZNY

Laboratorium wytrzymałości materiałów

Politechnika Białostocka

Transkrypt:

11. WŁANOŚCI PRĘŻYTE CIAŁ Efektem działania siły może być przyspieszanie ciała, ae może być także jego deformacja. Przykładami tego ostatniego są np.: rozciąganie gumy a także zginanie ub rozciąganie pręta. Związki między przyłożonymi do ciała siłami i wynikłymi zmianami rozmiarów i kształtu ciała opisuje się w postaci wiekości znormaizowanych. Wprowadzamy więc następujące pojęcia: Ciśnienie (ub naprężenie normane): p = σ = gdzie jest powierzchnią przekroju poprzecznego ciała, prostopadłą do kierunku działającej siły. G p=g/ σ=/ Przykładowo słup wody o ciężarze G wywiera na dno naczynia o powierzchni ciśnienie p=g/. Z drugiej strony rozciągając siłą pręt o przekroju poprzecznym, wytwarzamy naprężenie σ=/. Naprężenie ścinające τ = gdzie jest powierzchnią styczną do kierunku działającej siły. Pod wpływem naprężenia stycznego sześcian deformowany jest do kształtu równoegłościanu. 52

Wydłużenie ub skrócenie wzgędne (odkształcenie normane): ε= / definiujemy jako: ε = gdzie jest wydłużeniem ciała w wybranym kierunku, jeśi długość początkowa wynosiła. Odkształcenie takie nazywamy odkształceniem normanym. Wystąpiło ono pod wpływem naprężenia normanego σ przyłożonego do pręta (σ=/). Odkształcenie postaci (ścinające): x γ = y gdzie x jest prostopadłym (ścinającym) przemieszczeniem odcinka o długości początkowej y (patrz rysunek). Odkształcenie takie występuje pod wpływem naprężenia ścinającego τ=/. Prawo Hooke a (1676) Zaeżność między przyłożonymi siłami a uzyskaną deformacją sprężystą ciała została po raz pierwszy iościowo opisana przez angieskiego fizyka Roberta Hooke a (1635-1703). 53

Da naprężenia i odkształcenia normanego: σ = E ε gdzie E jest modułem Younga. Jest to reacja opisująca test rozciągania ciała. Da naprężenia i odkształcenia ścinającego: τ = G γ gdzie G jest modułem sztywności. Reacja ta opisuje deformację ścinającą; zmienia ona np. kąty między krawędziami ciała o kształcie sześcianu czy prostopadłościanu. Oprócz odkształceń normanych i ścinających wystąpić może także wzgędna zmiana objętości ciała ( V/V) pod wpływem ciśnienia hydrostatycznego p. Iustracją takiej sytuacji jest włożenie napompowanego baonika pod wodę; ciśnienie wody spowoduje skurczenie baonika. Prawo Hooke a da takiego typu deformacji ma postać: V p = K V Występujący tu współczynnik proporcjonaności K nazywa się modułem sprężystości objętościowej (ub modułem ściśiwości). Znak minus w powyższym równaniu uświadamia nam, że zmiana objętości V jest ujemna. Uwaga: odkształcenia poprzeczne Dokładniejsze badania zmian rozmiarów ciała podczas deformacji eastycznej pokazują, że np. wydłużeniu pręta (w kierunku przyłożonej siły) towarzyszy skrócenie wymiarów w kierunkach porzecznych. Okazuje się, że zmiana wymiaru poprzecznego ( b/b) jest proporcjonana do wzgędnego wydłużenia ( /) w kierunku działającej siły: 54

b b = ν tała proporcjonaności ν to współczynnik Poissona, zaś znak minus występuje datego, że zmiana wymiaru poprzecznego pręta ( b) jest ujemna (na ogół). Typowa wartość współczynnika Poissona da metai to ν 0.3. tałe eastyczne ciała izotropowego Omówione przez nas współczynniki: E (moduł Younga), G (moduł sztywności), K (moduł sprężystości objętościowej) czy ν (współczynnik Poissona), to stałe charakteryzujące własności eastyczne ciał. Najprościej jest opisać te własności w przypadku ciał izotropowych, tzn. takich da których dana własność fizyczna ma taką samą wartość we wszystkich kierunkach (na przykład stała wartość modułu Younga niezaeżnie od kierunku w którym rozciągamy ciało). Własności eastyczne ciała izotropowego zdefiniowane są jednoznacznie przez podanie dwóch wybranych stałych eastycznych, np. E i G. Można również wybrać inne pary stałych. Wynika stąd, że poznane przez nas cztery stałe eastyczne są ze sobą powiązane. Tak też jest w rzeczywistości i między tymi stałymi zachodzą np. dwie następujące reacje: E = 3K(1 2ν) E = 2G(1 + ν) Na koniec, zobaczmy jakie są typowe wartości stałych eastycznych. Współczynnik Poissona jest bezwymiarowy, natomiast pozostałe stałe wyrażone zostały w GPa (1 Pa = 1 N/m 2 ): Materiał E K G ν Granica wytrzymałości Auminium 70 73 27 0.34 0.1 ta (e-α) 208 166 81 0.29 1.3 Mosiądz 98-112 40 26 36 0.3 0.4 0.3 0.5 Ołów 16 41 5.6 0.44 0.015 Durauminium 70 200 26 0.31 0.4 Miedź 123 137 46 0.34 ód 8.9 8.2 3.4 0.32 W tabece tej podano również da kiku metai tzw. granicę wytrzymałości. Jest to maksymana wartość naprężenia normanego jakiemu może być poddana próbka; powyżej niego próbka uega przewężeniu, a następnie zerwaniu. Poniżej pokazano typową krzywą rozciągania materiału metaicznego. Krzywa ta jest ważną 55

charakterystyką materiału i podaje ona zaeżność przyłożonego naprężenia normanego (σ) w funkcji uzyskanego wydłużenia wzgędnego (ε). Początkowy stromy, iniowy odcinek to deformacja sprężysta (eastyczna), która jest odwracana, tzn. po odjęciu siły ciało wraca do początkowego kształtu. Powyżej charakterystycznego punktu zwanego granicą pastyczności pojawia się nieodwracana deformacja pastyczna (tzn. wydłużenie pozostaje po odjęciu sił odkształcających ciało). Da metai granica pastyczności występuje przy odkształceniach rzędu 0.001 (czyi przy wydłużeniach około 0.1 %). Podczas deformacji pastycznej kawałki krystaitów tworzących ciało przemieszczają się (nieodwracanie) wzgędem siebie w deformacji typu ścinającego (w zjawiskach pośizgu krystaograficznego oraz biźniakowania). Ten zakres deformacji jest już na ogół niedopuszczany da konstrukcji mechanicznych, datego każdy inżynier tak projektuje swoje urządzenia, aby pozostawały one w zakresie odwracanej deformacji eastycznej. σ odkszt. pastyczne pęknięcie granica pastyczności odkszt. sprężyste ε 56