Čvrstoća: razlika između inačica

Izbrisani sadržaj Dodani sadržaj
nadopunio Čvrstoća
nadopunio Čvrstoća
Redak 54:
Kod izmjeničnog, a pogotovo titrajnog opterećenja ([[opruga|opruge]], kotrljajući ležaji, spone i poluosovine automobila, avionska krila i dr.) javlja se pojava [[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.
 
== StupanjČvrstoća sigurnostikonstrukcije ==
[[datoteka:MZLZ 20150511.JPG|mini|desno|250px|Krovna konstrukcija novog terminala u gradnji ([[Međunarodna zračna luka Zagreb]]) ili takozvani ''Mero sustav''.]]
 
[[datoteka:Sunset at Ironbridge.jpg|mini|desno|250px|Prvi [[metal]]ni most, most od [[lijevano željezo|lijevanog željeza]], u blizini Coalbrookdalea ([[Ujedinjeno Kraljevstvo]]) iz 1781.]]
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.
 
[[datoteka:Buckledmodel.JPG|250px|mini|desno|Prikaz 4 Eulerova modela [[izvijanje|izvijanja]] kada nastaje gubitak [[stabilnost]]i štapa ili kojega drugog vitkog elementa [[Metalna konstrukcija|konstrukcije]] (na primjer [[stup]]a) osno opterećenoga prekomjerno velikom tlačnom [[sila|silom]].]]
 
[[datoteka:Bending.svg|mini|desno|250px| [[Greda (konstrukcija)|Greda]] je izdužena vodoravna ili kosa nosiva građevna [[konstrukcija]] za prenošenje vertikalnih opterećenja na [[oslonac|ležaje]], oslonjena na svojim krajevima (na jednoj strani pomično, na drugoj nepomično). Prema broju ležaja razlikuju se greda s jednim ležajem (konzolna), s dva ležaja (prosto oslonjena, s prepustima), s više ležaja (kontinuirana).]]
 
Čvrstoća [[materijal]]a i [[konstrukcija|konstrukcije]] ovisi o više čimbenika. Iako se iz vlačne i smične čvrstoće može teoretski proračunati i čvrstoća pojedinih dijelova konstrukcija napregnutih na neki drugi način, ipak se tako proračunane vrijednosti manje ili više razlikuju od stvarnih čvrstoća. Veličina tog neslaganja ovisi o tome u kojoj se mjeri pretpostavke o svojstvima materijala ([[elastičnost]], [[plastičnost]], izotropnost, homogenost) poklapaju s njegovim stvarnim svojstvima. Kod jednostavnih načina naprezanja (savijanje, tlak, torzija ili uvijanje) ravnih štapova od homogenog i elastičnog materijala, proračunane čvrstoće vrlo malo odstupaju od stvarnih. Kod složenijih načina naprezanja (mjestimični tlak) dijelova konstrukcija složenijeg oblika (na primjer kućišta [[Motor s unutarnjim izgaranjem|motora s unutarnjim izgaranjem]]) izrađenih od heterogenih materijala, proračun čvrstoće matematički je vrlo složen i neslaganje je između proračunanih i stvarnih čvrstoća veliko. U takvim se slučajevima čvrstoća ispituje iskustveno (empirijski) na [[prototip]]ovima ili na modelima.
 
Čvrstoća materijala ovisi o tome je li tijelo napregnuto samo u jednom smjeru ili u nekoliko njih. Ispitivanja su pokazala da je čvrstoća tijela napregnuta istovrsnim silama u nekoliko smjerova veća od čvrstoće tijela napregnute samo u jednom smjeru. Kako bi se olakšao proračun čvrstoće pojedinih dijelova napregnutih u više smjerova (složena čvrstoća, na primjer stijenke [[kotao|kotla]] pod [[tlak]]om), postavljene su takozvane teorije čvrstoće ([[William John Macquorn Rankine|Rankine]], [[Adhémar Jean Claude Barré de Saint-Venant|Saint-Venant]], Guest, [[Henri Tresca|Tresca]], [[Christian Otto Mohr|Mohr]], Haigh Mises-Hencky), koje daju omjere čvrstoćâ nekog materijala kod naprezanja u jednom smjeru ili u više međusobno okomitih smjerova. Ta se teorija primjenjuje s manje ili više uspjeha u proračunima čvrstoća konstrukcija. Pokusi su osim toga pokazali da se mnogi krhki materijali pri naprezanju u nekoliko smjerova vladaju kao plastični, to jest da ih je prije razaranja moguće u znatnoj mjeri deformirati.
 
Na čvrstoću utječe brzina prirasta naprezanja. Čvrstoća materijala pri polaganom povećanju naprezanja ('''statička vlačna čvrstoća''') obično je manja od čvrstoće pri nagloj promjeni naprezanja ('''dinamička čvrstoća'''). S porastom temperature statička vlačna čvrstoća konstrukcijskih materijala opada, a to je čest uzrok rušenja konstrukcija u [[požar]]u. Dinamička čvrstoća smanjuje se kod sniženih temperatura, tako da je dinamička čvrstoća metala i velikog dijela ostalih konstrukcijskih materijala najveća kod temperatura 0 do 400 °C.
 
Čvrstoća metala znatno ovisi i o [[toplinska obrada|toplinskoj obradi]] ([[kaljenje]], [[popuštanje]]).
 
[[Vlažnost]] smanjuje čvrstoću šupljikavih materijala, što se tumači smanjenjem kapilarnih sila. Kapilarne sile učvršćuju šupljikava tijela (na primjer potpuno suh ili potpuno mokar [[pijesak]] nema nikakve čvrstoće, a kod vlažnog pijeska kapilarne sile drže zrna pijeska zajedno).
 
Osobito je važno smanjenje čvrstoće materijala pri promjenljivome dinamičkom naprezanju. Pokazalo se naime da se dijelovi konstrukcija, koji su napregnuti periodički promjenljivim naprezanjem, lome nakon određenoga broja promjena naprezanja i kod naprezanja koje je manje od statičke čvrstoće. Ta se pojava zove [[umor materijala]]. Takvi su lomovi vrlo nezgodni jer nastaju bez lako uočljivih znakova iscrpljenosti materijala. Čvrstoća materijala smanjuje se s brojem promjena naprezanja, a ovisi i o granicama unutar kojih se naprezanje mijenja. Kod izmjeničnog naprezanja (jednako velik vlak i tlak) čvrstoća je manja nego kod jednosmjernog naprezanja. Naprezanje kod kojega materijal može izdržati neograničeno velik broj promjena naziva se dinamička izdržljivost materijala. U praksi se materijali dinamički ispituju na umornost do 10 milijuna promjena. Kod većine konstrukcijskih materijala dinamička izdržljivost iznosi 20 do 60% statičke čvrstoće. Izgled prijelomnoga mjesta zbog umora drugačiji je od onoga zbog prekoračenja statičke čvrstoće. Nagle promjene oblika tijela, izbočine, utori, zarezi, neravnine na površini smanjuju statičku vlačnu čvrstoću materijala i dinamičku izdržljivost. Na takvim mjestima nastaje koncentracija naprezanja.
 
Osim navedenih načina naprezanja (vlak, tlak, posmik, savijanje i uvijanje), kod kojih razaranje nastaje zbog prekoračenja čvrstoće materijala, u tehnici su također važne neke druge pojave zbog kojih se može srušiti konstrukcija. Postoje problemi [[stabilnost]]i, od kojih su najvažniji [[izvijanje]] i izbočenje. Izvijanje je pojava da vitak štap pod djelovanjem sile određene veličine, koja ga pritišće u smjeru njegove osi, dobiva zakrivljen oblik. Daljnje povećanje sile, makar bilo maleno, lomi štap zbog zajedničkog djelovanja tlaka i savijanja. Sila kod koje se štap izvine naziva se kritičnom silom. Njezina veličina, međutim, ne ovisi samo o čvrstoći materijala nego i o njegovim elastičnim i plastičnim svojstvima te o izmjerama štapa, pa se ona može s priličnom točnošću izračunati ako su spomenuta svojstva poznata. Proračun centrično pritisnutih štapova kod kojih postoji opasnost izvijanja može se svesti na proračun čvrstoće, jer je poznata kritična sila, a poznata je i površina presjeka štapa, pa se odatle može izračunati i kritično naprezanje. Koeficijent sigurnosti u tom je slučaju omjer kritičnog naprezanja i stvarnog naprezanja štapa. Slična je pojava izbočenje tankih limova.
 
=== Stupanj sigurnosti ===
Dijelovi konstrukcije uvijek se dimenzioniraju tako da najveće dopušteno naprezanje u konstrukciji zbog najnepovoljnijega zajedničkog djelovanja svih mogućih naprezanja (vlastita težina, ljudi, strojevi, vozila, snijeg, vjetar) iznosi tek jedan dio nominalnog naprezanja. Omjer između nominalnog i najvećega dopuštenog naprezanja u konstrukciji naziva se koeficijentom sigurnosti, a njegov izbor ovisi o vrsti materijala, načinu naprezanja (vlak, tlak), vrsti naprezanja (dinamičko, statičko) te o namjeni konstrukcije (stalna ili privremena naprezanja). Koeficijent sigurnosti obično je 2 do 10.
 
==Izvori==