Wikipedija

Čvrstoća: razlika između inačica

Pregledaj povijest
← Starija izmjenaNovija izmjena →
Izbrisani sadržaj Dodani sadržaj
VizualnoWikitekst
Nadopunio Čvrstoća
nadopunio Čvrstoća
Redak 2:
 
[[datoteka:Inspekt desk 50kN IMGP8563.jpg|mini|desno|250px|Univerzalna [[kidalica]].]]
 
[[Datotekadatoteka:Čvrstoća1.jpg|mini|400px250px|desno|[[Dijagram vlačne čvrstoćenaprezanja]] trgovačkih čelika.]]▼
 
[[Datotekadatoteka:Čvrstoća2.jpg|mini|desno|300250 px|Dijagrami vlačne čvrstoćenaprezanja češćih tehničkih materijala]]. Nakon dosizanja točke ''M'', epruveta se produžuje čak i ako opterećenje smanjujemo. Suženje presjeka na najslabijem mjestu epruvete naglo raste i u točki ''L'' nastupa lom epruvete.]]▼
 
[[datoteka:Pedalarm Bruch.jpg|mini|desno|250px|Lom [[aluminij]]ske ručice uslijed [[Umor materijala|umora materijala]]. Tamna područja prikazuju spori nastanak i rast pukotina, dok svijetlo područje prikazuje brzi i nasilni lom materijala.]]
 
'''Čvrstoća''' je mehaničko svojstvo [[materijal]]a da pruža otpor djelovanju [[sila|sile]]. Materijali se sastoje od jednoga ili više [[kristal]]a (monokristali, polikristali) ili su [[Amorfna tvar|amorfni]]. Razaranje kristala nastaje zbog prekoračenja interatomskih ili intermolekularnih sila na dva načina:
Line 11 ⟶ 17:
Ako je poznata atomska i molekularna struktura materijala, mogu se teoretski izračunati sile kojima su vezani atomi i molekule. Pokazalo se, međutim, da stvarna (tehnička) čvrstoća kristala iznosi tek stoti ili tisućiti dio teoretske čvrstoće. Ta se pojava tumači različitim pogrješkama u atomskoj ili molekularnoj strukturi kristala, a i u amorfnoj masi (nepravilnosti u strukturi kristala, [[Dislokacija|dislokacije]], šupljine; to jest defekti čvrstog stanja). Tehnički materijali najčešće su polikristalni ili amorfni, no kod nekih je materijala struktura složenija, zbog čega je i izgled prijelomne površine drugačiji nego kod monokristala. [[Plastičnost|Plastični]] (na primjer [[Olovo (element)|olovo]]) i elastoplastični materijali (na primjer meki [[čelik|čelici]], [[aluminij]], [[guma]]) nemaju određene tlačne čvrstoće, jer se mogu gotovo neograničeno deformirati. [[Krhkost|Krhki]] se materijali pri pritisku razaraju uglavnom zbog prekoračenja smične čvrstoće. Tlačna čvrstoća krhkih materijala ([[Lijevano željezo|lijevanoga željeza]], [[staklo|stakla]], [[kamen]]a) znatno je veća od vlačne čvrstoće; to se tumači većom osjetljivošću krhkih materijala na pogrješke u strukturi, koje se više očituju kod vlačnog naprezanja.
 
== DijagramVlačna čvrstoćečvrstoća ==
{{Glavni|Vlačna čvrstoća}}
 
'''Vlačna čvrstoća''' (oznaka: ''σ<sub>M</sub>'') je osnovno [[mehanika|mehaničko]] svojstvo [[materijal]]a, uz [[granica razvlačenja|granicu razvlačenja]], na osnovu kojeg se materijali vrednuju prema njihovoj mehaničkoj otpornosti na [[naprezanje]]. Vlačna čvrstoća prestavlja omjer maksimalne postignute [[sila|sile]] pri vlačnom ispitivanju na [[kidalica|kidalici]] i [[Površina|ploštine]] početnog presjeka ispitnog uzorka ili epruvete. Ona je suprotna vrijednost od tlačne čvrstoće. <ref> [http://www.riteh.uniri.hr/zav_katd_sluz/zvd_kons_stroj/katedre/konstruiranje/kolegiji/ke1/ke1_materijali_vj/1.UvodOsnove.pdf] "Konstrukcijski elementi I", Tehnički fakultet Rijeka, Božidar Križan i Saša Zelenika, 2011.</ref>
▲[[Datoteka:Čvrstoća1.jpg|mini|400px|desno|Dijagram vlačne čvrstoće trgovačkih čelika]]
 
=== Dijagram naprezanja ===
Tehnička terminologija razlikuje nekoliko karakterističnih točaka na krivulji koju ispitni uređaj bilježi tijekom mjerenja čvrstoće probnog uzorka (tzv. "'''epruveta'''") od ispitivanog materijala.
{{Glavni|Dijagram naprezanja}}
Kod [[metal]]a (posebno kod [[čelik]]a) najčešće se izvodi ispitivanje vlačne čvrstoće, pri čemu se rastezanjem glatko ispolirane epruvete standardiziranih dimenzija do loma, zaključuje o karakteristikama materijala.
 
'''Dijagram naprezanja''' prikazuje medusobnu ovisnost ''σ'' - [[naprezanje|vlačnog naprezanja]] i ''ε'' - relativnog produljenja ili linijske vlačne deformacije. U [[materijal]]u koji je opterećen nekom [[sila|silom]] ''F'' nastaju [[naprezanje|naprezanja]] ''σ'' koja uzrokuju njegovo rastezanje. Naprezanje ''σ'' je omjer sile ''F'' i [[Površina|ploštine]] ''A'' presjeka štapa ili šipke (okomitog na smjer sile). <ref> [http://www.fesb.hr/~djelaska/documents/ES-skripta-760.pdf] "Elementi strojeva", Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Split, Prof. dr. sc. Damir Jelaska, 2011.</ref>
Za vrijeme ispitivanja uređaj postepeno povećava i bilježi silu F rastezanja, bilježeći istovremeno i prouzrokovano '''relativno produženje''' probnog uzorka ∆L = promjena dužine / L.
 
:<math>\sigma = \frac{F}{A}</math>
Slika prikazuje tipičnu krivulju rastezanja uobičajenih čeličnih materijala.
Početni dio krivulje je linearan, tj. produženje epruvete proporcionalno je sili rastezanja do točke E, koju zovemo '''granicom elasticiteta'''. Ako se obustavi rastezanje bilo gdje u području između 0 i E, epruveta će se vratiti na prvobitnu dužinu bez ikakvih trajnih deformacija, tj. u rasponu naprezanja 0 - E materijal se ponaša potpuno elastično.
 
Zbog djelovanja sile ''F'' (a time nastalog naprezanja ''σ'') štap ili šipka će se od početne duljine Lo rastegnuti na duljinu ''L''. Tako je produljenje štapa ili šipke: <ref> "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.</ref>
Prekoračenjem točke E, rastezanjem u uzdužnom smjeru uzrokuje se suženje epruvete na najslabijem mjestu (što je posljedica nehomogenosti materijala), što se na dijagramu čvrrstoće reflektira koljenom iza točke E.
Daljnje povećanje opterećenja uzrokuje daljnji porast dužine epruvete, međutim područje E - M više nije elastično, tj. u slučaju prekida pokusa epruveta će se nešto skratiti, ali će ipak ostati trajno deformirana. To se stoga zove područjem plastične deformacije.
 
:<math>\varepsilon =\frac{\Delta L}{L_0}=\frac{L-L_0}{L_0}</math>
Najveće dostignuto opterećenje kome odgovara točka M bilježi se kao maksimalna čvrstoća materijala, koja međutim u slučaju trgovačkih čelika nema praktične vrijednosti.
▲[[Datoteka:Čvrstoća2.jpg|mini|desno|300 px|Dijagrami vlačne čvrstoće češćih tehničkih materijala]]Nakon dosizanja točke M, epruveta se produžuje čak i ako opterećenje smanjujemo. Suženje presjeka na najslabijem mjestu epruvete naglo raste i u točki L nastupa lom epruvete.
 
'''Relativno produljenje''' ''ε'' (duljinska ili uzdužna deformacija) štapa ili šipke je produljenje s obzirom na početnu duljinu L<sub>o</sub>. Početno je naprezanje linearno (deformacija je izravno razmjerna naprezanju). U području linearnog rastezanja ([[Hookeov zakon]]) materijal je elastičan i nakon prestanka djelovanja sile, odnosno naprezanja, on se vraća u početno stanje. [[Youngov modul elastičnosti]] je omjer naprezanja i relativnog produljenja (u području elastičnosti). Tehnička granica elastičnosti je naprezanje pri kojem osjetljiva mjerila osjete prvo primjetno trajno produljenje materijala (pri još nepromijenjenom presjeku A<sub>o</sub>). Nakon te granice (obično na kraju linearnog rastezanja) materijal se rasteže plastično i nakon prestanka djelovanja sile ne vraća se više na početnu duljinu L<sub>o</sub>, već ostaje određeno trajno produljenje, uz suženje presjeka, A < A<sub>o</sub>).
Naprezanje u MPa ili N/mm^2 kod kojega je nastupio lom, nazivamo '''lomnom čvrstoćom''' materijala.
 
Ne ponašaju se svi materijali poput trgovačkih (tj. "mekih") čelika. Neki nemaju izrazitog elastičnog područja, neki nemaju koljena, a neki padajući dio krivulje iza točke M. Slika prikazuje izgled dijagrama čvrstće nekolicne metala. Materijali sa širokim plastičnim područjem su većinom '''žilavi'''. '''Krhki''' materijali kaljeni čelik, kamen i dr.) nemaju izraženo plastično područje i ne suzuje im se presjek pri opterećivanju.
'''Plastični''' materijali ([[olovo (element)|olovo]]) imaju vrlo nisku granicu elastičnosti. Dobro se oblikuju gnječenjem.
 
== Stupanj sigurnosti ==▼
 
Budući da se naši proizvodi prilikom uporabe ne smiju trajno deformirati, osnova za određivanje dopuštene čvrstoće predstavlja točka E, tj. naši materijali se smiju opterećvati samo u elastičnom području. Zbog sigurnosnih razloga, nećemo dozvoliti da se materijal u normalnoj uporabi napregne do granice elasticiteta, nego dopušteno opterećenje definiramo kao '''s''' puta manje od granice elastičnosti. Faktor '''s''' zovemo '''stupnjem sigurnosti'''. Njegva vrijednost zavisi o uvjetima opterećenja (mirno, pulsirajuće, udarno, izmjenično ili titrajno) i o važnosti elemenata u koje materijal ugrađujemo, pa i o brojnim drugim okolnostima (koroziono agresivna okolina, mogućnost stanjenja trenjem u normalnom radu i dr.). Za važne namjene stupanj sigurnosti propisan je standardima i tehničkim propisima. Tako primjerice za dizalična užeta ili užeta liftova primjenjujemo fator sigurnosti 8, što znači da je dopušteno opterećenje materijala užeta 8 puta manje od njegove granice elastičnosti.▼
 
== Način opterećenja ==
 
S gledišta '''smjera opterećenja''' razlikujemo:
* opterećenje na '''vlak''' (rastezanje);▼
* opterećenje na '''tlak''' (poseno je često u građevnim materijalima - [[beton]], [[kamen]]);▼
* opterćenje na '''[[savijanje''']] (kod [[Greda (konstrukcija)|grede]] na dva oslonca na krajevima donji pojas grede opterećen je vlačno, a gornji tlačno);▼
* opterećenje na '''[[Smicanje|smik''']] (odrez, npr.na primjer kod [[Lim (kovina)|limova]] spojenih zakovicama[[zakovica]]ma, zakovica je opterećena na smik);▼
* '''[[Torzija|torzijsko''' opterećenje]] ili uvijanje (koje je u stvari poseban slučaj smičnog opterećenja).▼
 
Neki materijali pokazuju vrlo velike razlike u vlačnoj i tlačnoj čvrstoći. Tako primjerice beton i kamen imaju zanemarivu nosivost u vlačnom smjeru, ali zato imaju vrlo veliku tlačnu čvrstoću. Za svaku vrstu opterećenja mora se odrediti dopuštena čvrstoća s kojom se ulazi u proračun strojnih elemenata.▼
▲* opterećenje na '''vlak''' (rastezanje)
▲* opterećenje na '''tlak''' (poseno je često u građevnim materijalima - beton, kamen)
▲* opterćenje na '''savijanje''' (kod grede na dva oslonca na krajevima donji pojas grede opterećen je vlačno, a gornji tlačno)
▲* opterećenje na '''smik''' (odrez, npr. kod limova spojenih zakovicama zakovica je opterećena na smik)
▲* '''torzijsko''' opterećenje (koje je u stvari poseban slučaj smičnog opterećenja).
 
▲Neki materijali pokazuju vrlo velike razlike u vlačnoj i tlačnoj čvrstoći. Tako primjerice beton i kamen imaju zanemarivu nosivost u vlačnom smjeru, ali zato imaju vrlo veliku tlačnu čvrstoću.
 
Za svaku vrstu opterećenja mora se odrediti dopuštena čvrstoća s kojom se ulazi u proračun strojnih elemenata.
 
[[Datoteka:Umor materijala.jpg|mini|desno|160px|Izgled loma uslijed umora materijala.]]
 
S gledišta '''karakteristika opterećenja''' razlikujemo:
 
* '''mirno''' opterećenje
* '''udarno''' opterećenje
Line 62 ⟶ 52:
* '''titrajno''' (pulsirajuće ili izmjenično s vlo visokim brojem izmjena u sekundi)
 
Kod izmjeničnog, a pogotovo titrajnog opterećenja ([[opruga|opruge]], kotrljajući ležaji, spone i poluosovine autmobilaautomobila, avionska krila i dr.) javlja se pojava tzv.[[umor "'''materijala|umora materijala'''"]], pa se za takva titrajna opterećenja dopuštena čvrstoća određuje zavisno o željenog trajnosti elemenata koji će se od tog materijala izrađivati. Ona je svakako niža od dopuštene čvrstoće za mirno opterećenje. U mnogim slučajevma se zahtijeva da element izdrži beskonačno mnogo titraja, pa onda govorimo o '''trajnoj titrajnoj čvrstoći''', koja je daleko ispod dopuštene čvrstoće za mirno opterećenje. [[Lom materijala|Lomovi]] uslijed umora materijala imaju karakterističan oblik po slici. Vidljiv je početak loma na oslabljenom mjestu uslijed nehomogenosti materijala, hrđe ili uključci i slično, oko kojega se sa svakim titrajem proširuje područje prekinutog presjeka, dok se nosivi dio presjeka ne smanji toliko da normalno radno opterećenje prekorači granicu loma.
 
U mnogim slučajevma se zahtijeva da element izdrži beskonačno mnogo titraja, pa onda govorimo o '''trajnoj titrajnoj čvrstoći''', koja je daleko ispod dopuštene čvrstoće za mirno opterećenje. Lomovi uslijed umora materijala imaju karakterističan oblik po slici. Vidljiv je početak loma na oslabljenom mjestu uslijed nehomogenosti materijala, hrđe ili uključci i sl., oko kojega se sa svakim titrajem proširuje područje prekinutog presjeka, dok se nosivi dio presjeka ne smanji toliko da normalno radno opterećenje prekorači granicu loma.
▲== Stupanj sigurnosti ==
 
▲Budući da se naši proizvodi prilikom uporabe ne smiju trajno deformirati, osnova za određivanje dopuštene čvrstoće predstavlja točka E, tj. naši materijali se smiju opterećvati samo u elastičnom području. Zbog sigurnosnih razloga, nećemo dozvoliti da se materijal u normalnoj uporabi napregne do granice elasticiteta, nego dopušteno opterećenje definiramo kao '''s''' puta manje od granice elastičnosti. Faktor '''s''' zovemo '''stupnjem sigurnosti'''. Njegva vrijednost zavisi o uvjetima opterećenja (mirno, pulsirajuće, udarno, izmjenično ili titrajno) i o važnosti elemenata u koje materijal ugrađujemo, pa i o brojnim drugim okolnostima (koroziono agresivna okolina, mogućnost stanjenja trenjem u normalnom radu i dr.). Za važne namjene stupanj sigurnosti propisan je standardima i tehničkim propisima. Tako primjerice za dizalična užeta ili užeta liftova primjenjujemo fator sigurnosti 8, što znači da je dopušteno opterećenje materijala užeta 8 puta manje od njegove granice elastičnosti.
 
==Izvori==
Dobavljeno iz "https://hr.wikipedia.org/wiki/Čvrstoća"