Прочность

Способность материала поглощать энергию и пластически деформироваться без разрушения.

Прочность, определяемая площадью под кривой растяжения-деформации.

В материаловедении и металлургии прочность — это способность материала поглощать энергию и пластически деформироваться без разрушения. ^[1] Прочность — это прочность, с которой материал противостоит разрыву. Одним из определений прочности материала является количество энергии на единицу объема, которое материал может поглотить перед разрушением . Эта мера вязкости отличается от той, которая используется для определения вязкости разрушения , которая описывает способность материалов сопротивляться разрушению. ^[2] Прочность требует баланса прочности и пластичности . ^[1]

Прочность и прочность

Прочность связана с площадью под кривой напряжение-деформация . Чтобы быть прочным, материал должен быть одновременно прочным и пластичным. Например, хрупкие материалы (например, керамика), прочные, но с ограниченной пластичностью, не являются прочными; и наоборот, очень пластичные материалы с низкой прочностью также не являются жесткими. Чтобы быть прочным, материал должен выдерживать как высокие напряжения, так и большие деформации. Вообще говоря, прочность показывает, какую силу может выдержать материал, а ударная вязкость показывает, сколько энергии материал может поглотить перед разрушением.

Математическое определение

Прочность можно определить путем интегрирования кривой растяжения-деформации. ^[1] Это энергия механической деформации единицы объема до разрушения. Явное математическое описание: ^[3]

$${\displaystyle {\tfrac {\mbox{energy}}{\mbox{volume}}}=\int _{0}^{\varepsilon _{f}}\sigma \,d\varepsilon }$$

где

• ${\displaystyle \varepsilon }$напряжение
• ${\displaystyle \varepsilon _{f}}$напряжение в случае неудачи
• ${\displaystyle \sigma }$это стресс

Если верхний предел интегрирования до предела текучести ограничен, энергия, поглощенная на единицу объема, известна как модуль упругости . Математически модуль упругости можно выразить произведением квадрата предела текучести, деленного на двукратный модуль упругости Юнга. То есть,

Модуль упругости =Предел текучести ²/2 (модуль Юнга)

Испытания на прочность

Прочность материала можно измерить, используя небольшой образец этого материала. Типичная испытательная машина использует маятник для деформации образца с надрезом определенного поперечного сечения. Высота, с которой упал маятник, за вычетом высоты, на которую он поднялся после деформации образца, умноженная на вес маятника, является мерой энергии, поглощенной образцом при его деформации во время удара о маятник . Испытания на ударную вязкость с надрезом по Шарпи и Изоду являются типичными испытаниями ASTM , используемыми для определения ударной вязкости.

Единица прочности

Ударная вязкость (или энергия деформации , U _T ) измеряется в единицах джоулей на кубический метр (Дж·м ^-3 ) или, что эквивалентно, в ньютон-метрах на кубический метр (Н·м·м ^-3 ) в системе СИ и дюйм- фунт-сила на кубический дюйм (дюйм·фунт·сила- ³ ) в обычных единицах измерения США :

• 1,00 Н·мм ⁻³ ≃ 0,000 145  дюйм·фунт·дюйм ⁻³
• 1,00 дюйм·фунт·дюйм ^-3 ≃ 6,89 кН·мм ^-3 .

В системе СИ единицу вязкости при растяжении можно легко рассчитать, используя площадь под кривой напряжение-деформация ( σ – ε ), которая дает значение вязкости при растяжении, как указано ниже: ^[4]

• U _T = Площадь под кривой напряжение-деформация ( σ – ε ) = σ × ε
• U _T [=] F/A × ΔL/L = (Н·м ⁻² ) · (безразмерный)
• U _T [=] Н·м·м ⁻³
• U _T [=] Дж·м ⁻³

Самый прочный материал

Сплав, состоящий из почти равных количеств хрома , кобальта и никеля (CrCoNi), является самым прочным материалом, обнаруженным на данный момент. Он устойчив к разрушению даже при невероятно низких температурах, близких к абсолютному нулю. Его рассматривают как материал, используемый при строительстве космических кораблей. ^[5]

Смотрите также

• Твердость
• Упрочнение резины
• Удар (механика)
• Проверка твердости таблеток

Рекомендации

1. "Toughness", Образовательный ресурсный центр неразрушающего контроля, Брайан Ларсон, редактор, 2001–2011, Сотрудничество в области образования неразрушающего контроля, Университет штата Айова
2. Аскеланд, Дональд Р. (январь 2015 г.). Наука и инженерия материалов. Райт, Венделин Дж. (Седьмое изд.). Бостон, Массачусетс. п. 208. ИСБН 978-1-305-07676-1. ОСЛК  903959750.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
3. Собоеджо, Вирджиния (2003). «12.3 Прочность и зона процесса разрушения». Механические свойства конструкционных материалов. Марсель Деккер. ISBN 0-8247-8900-8. ОСЛК  300921090.
4. Балкан, О.; Демирер, Х. (2010). «Механические свойства изотактических полипропиленовых композитов, наполненных стеклянными шариками и волластонитом, модифицированных термопластичными эластомерами». Полимерные композиты . 31 (7): 1285–1308. дои : 10.1002/шт.20953. ISSN  1548-0569.
5. Спаркс, Мэтью (14 декабря 2022 г.). «Самый прочный материал на свете — это сплав хрома, кобальта и никеля». Новый учёный . Проверено 18 марта 2023 г.