erő
Fizikai méret | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Vezetéknév | erő | |||||||||
Képlet szimbólum | többnyire | |||||||||
|
Az erőssége egy anyag leírja a képessége, hogy ellenálljon a mechanikai terhelések előtt meghibásodik, és van megadva mechanikai igénybevétel (erő per keresztmetszeti területe). A meghibásodás lehet megengedhetetlen alakváltozás , különösen plasztikus (maradandó) alakváltozás vagy törés . A szilárdságot az a maximális (technikai) igénybevétel határozza meg, amelyet egy anyag deformációja során ellen tud állni.
Az erősség a következőktől függ:
- a feszültség típusa ( feszültség , összenyomás, hajlítás, nyírás ),
- az idő lefutása (állandó, változó, duzzadás) és a stressz sebessége
- az anyag
Az erősségek típusai
Ha egy alkatrészen a feszültségeket az alkalmazott különböző erők függvényében mérjük , akkor mérési görbéket kapunk, amelyekből meghatározhatók a műszakilag releváns szilárdsági paraméterek, és létrehozhatók a feszültség-alakváltozás diagramjai . Az anyagtól, az anyag állapotától, a hőmérséklettől, a terhelés típusától és a rakodási sebességtől függően különböző erősségeket lehet elérni. A szakítószilárdság a törés előtti feszültség, ezért egyenlő vagy kisebb, mint az általános szilárdság. Az erőt általában laboratóriumi körülmények között határozzák meg és mérik. Magas hőmérsékleten a „ hőállóság” kifejezést használják.
(Kvázi-) statikus, egytengelyes terhelés
Az egytengelyű szakítópróba szakítószilárdulás-görbéi különösen elterjedtek, mivel a legpontosabban és kevés erőfeszítéssel mérhetők:
Többtengelyes terhelés
Sok jellemző értéket gyakran csak egytengelyű húzópróbán határoznak meg. Az alkatrészeket azonban gyakran többtengelyes stressz éri (pl. Hullámok a hajlításkor és a torziónál). Szigorúan véve a kanyar többtengelyes terhelés. Itt van, egy erősséghipotézis segítségével egytengelyű ekvivalens stressz annak meghatározására, hogy melyik hasonlítható össze az ismert ellenállással.
Dinamikus terhelés
A vibráló és sok, általában mozgó alkatrészt időszakosan terhelik. Ezeket a terheléseket nem lehet megfelelően leírni a fent említett jellemző értékek segítségével; az anyag ekkor még lényegesen kisebb terheléseknél is meghibásodik. Az ilyen terheléseket a fáradási szilárdság segítségével rögzítik . Ezért különbséget tesznek:
- Szilárdság statikus terhelés alatt;
- Ellenállás (egyszeri) gyorsan alkalmazott terhelés alatt (pl. Dinamikus impulzus );
- Fáradási szilárdság , ha egy alkatrésznek korlátozott számú ismételt terhelést kell kibírnia;
- Fáradtság szilárdság vagy a fáradtság erőt , ha az alkatrész, hogy ellenálljon „végtelenül sok” ismételt terhelések.
Nagy szilárdságú anyagok
Fémek, hogy elérjék különösen nagy szilárdságú értékeket összehasonlítva a „normál ereje” miatt egyes temperáló folyamatok nevezzük nagy szilárdságú . Hasonlóképpen, egyes fémötvözeteket nagy szilárdságúnak neveznek, amelyeket kifejezetten olyan nagy terhelésekre fejlesztettek ki, hogy a közönséges fémeket és anyagokat nem lehet használni. A nagy szilárdságú anyagok általában magas rugalmassági határral rendelkeznek, és enyhe deformáció után gyakran törékenyek .
A nagy szilárdságú anyagok általában alkalmasak könnyűszerkezetes építésre , különösen azok, amelyek nagy fajlagos szilárdsággal rendelkeznek (szilárdság / sűrűség). A nagy szilárdságú anyagokat azonban általában nehezebb megmunkálni. A kedvező alakíthatóság ( kovácsolással és hasonló eljárásokkal történő megmunkálhatóság ) és a megmunkálhatóság (megmunkálhatóság marással, fúrással stb.) Érdekében általában alacsony szilárdságot tartanak kívánatosnak. A tiszta fémek szilárdsága általában alacsonyabb, mint az ötvözeteké .
Néhány hasonló anyagparamétert meg kell különböztetni a szilárdságtól : a merevség a nyúlás és a mechanikai igénybevétel összefüggését írja le , míg az anyag keménysége az áthatoló testekkel szembeni ellenállást írja le. A szívósság az anyag deformációs energiarekord (műanyag) törés nélküli képességének mértéke . Az anyag tulajdonságai részben függnek egymástól (lásd például a keménységet és szilárdságot ).
Alkatrész tervezés az "acélhuzal" példájával
A minimális szakítószilárdság egy acél (S235JR - korábban St37-2), amelyet használnak a strukturális acélszerkezetek , 370 N / mm, attól függően, hogy a minőség. Minimális folyási szilárdsága azonban 235 N / mm². Ha ennek az 1 mm² keresztmetszetű acélnak a mintáját egy húzópróbán erővel terhelnék meg, akkor ennek legalább 370 N- nak kell lennie (egy bizonyos százalékig; általában a 95% -os törékeny érték) ) a könnyminta elérése érdekében. A 370 N megfelel a földön lévő 37,7 kg tömeg tömegének. Ebből arra lehet következtetni, hogy amikor ezzel az acélhuzallal 37,7 kg vagy annál nagyobb tömeget próbálunk megemelni, az anyag meghibásodása már nem zárható ki. Ezzel a terheléssel a huzal véglegesen (plasztikusan) deformálódik. Mivel ezt általában nem szabad megengedni, az alkatrészek mechanikai tervezésénél gyakran alkalmazzák a minimális folyáshatárot . Ez az érték azt a feszültséget jelzi az anyagban, amelyig lényegében csak rugalmas alakváltozás megy végbe. Ez azt jelenti, hogy 235 N húzóerővel az 1 mm² keresztmetszetű próbadarabon ez a minta megnyúlik, de lényegében visszatér eredeti állapotába anélkül, hogy véglegesen (plasztikusan) deformálódna. Itt meghatározható 23,9 kg tömeg, amelynek súlyával ezt az anyagot meg lehet terhelni a szakítópróbán, de rugalmasan viselkedik.
Biztonsági tényező
Mert biztonsági okokból , a megadott paraméterek műszaki alkalmazások általában osztva egy biztonsági tényező, amely figyelembe veszi a bizonytalanságokat értékelésekor a stressz és a szórás az ellenállás értékek , hanem függ az esetleges károkat a meghibásodása esetén a komponens .
Betonépítés
Az Eurocode 3 alapdokumentumában a beton állandó és ideiglenes tervezési helyzeteihez ajánlott részleges biztonsági tényező γ c = 1,5, az erősítő acélhoz, valamint az előfeszített acélhoz γ s = 1,15. Szokatlan tervezési helyzetekben γ c = 1,2 a betonnál és γ s = 1,0 az acél megerősítéséhez, valamint az előfeszített acélhoz.
acel szerkezet
Ausztriában és Németországban az acélszerkezeteknél az Eurocode 3 szerint az acél meghibásodása elleni biztonsági tényező az alapdokumentumhoz hasonlóan γ M2 = 1,25. Az Eurocode 3 alapdokumentum szerint 1,0-es biztonsági tényezőt javasolnak az áramlás ellen (γ M0 és γ M1 ). B.-t Ausztriában és Nagy-Britanniában fogadták el, de Németország (kizárólag) a nemzeti mellékletben javasolt γ M1 értékkel eltér ( de nem γ M0-val ), és az épületekhez γ M1- et választ (kivéve a kivételes tervezési helyzeteket) 1.1, a γ M0- t szintén 1,0-re választják (kivéve a stabilitásellenőrzéseket keresztmetszeti ellenőrzések formájában belső erőkkel a másodrendű elmélet szerint). Meg kell jegyezni, hogy a terheléseket saját tényezőik védik (lásd az Eurocode 0 félbiztonsági részleges biztonsági koncepcióját ).
Kompozit szerkezetek acélból és betonból
Az Eurocode 4 alapdokumentuma az Eurocode 2-re vonatkozik a beton és az acélacél részleges biztonsági tényezőire vonatkozóan, valamint az Eurocode 3-ra a szerkezeti acél, profilos lemezek és kötőelemek vonatkozásában.
Faépítés
Az Eurocode 5 szerint az erősségek tervezési értékét a következőképpen számítják:
k mod az erősségek módosítási együtthatója, figyelembe véve a szolgáltatási osztályokat és a terhelés időtartamának osztályait. Ez 0,2 ≤ k mod ≤ 1,1 között van; közepes (hosszú távú) hatások, k mod tömörfa, valamint a ragasztott rétegelt fa a szolgáltatási osztály 1 (beltéri területek) és 2 (fedett) 0,8; a 3. szolgáltatási osztályban (viharvert) 0,65 és rövid ütések esetén a k mod tömör fa, valamint az 1. (belső) és a 2. (tetővel ellátott) szolgáltatási osztályú ragasztott rétegelt fa esetében 0,9; a 3. szolgáltatási osztályban (viharvert) 0,7.
Kivételes esetekben γ M egyenlő 1-vel, és az alapkombináció esetében 1,2 ≤ γ M ≤ 1,3, ahol γ M 1,3 tömör fa és csatlakozók esetében , γ M = 1,25 ragasztott rétegelt fa esetében .
irodalom
- Eckard Macherauch, Hans-Werner Zoch: Gyakorlat az anyagtudományban. 11., teljesen átdolgozva. és exp. Ed., Vieweg-Teubner, Wiesbaden 2011, ISBN 978-3-8348-0343-6 .
Egyéni bizonyíték
- ^ Arndt, Brüggemann, Ihme: Erőelmélet ipari mérnökök számára , Springer, 2. kiadás, 2014., 7. o.
- ↑ Eckard Macherauch, Hans-Werner Zoch: Gyakorlat az anyagtudományban. 11., teljesen átdolgozva. és exp. Ed., Vieweg-Teubner, Wiesbaden 2011, 157. o.
- ↑ Weißbach, Wolfgang: Anyagtudomány: szerkezetek, tulajdonságok, tesztelés . 16., átdolgozott kiadás. Friedr. Vieweg & Sohn Verlag GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0295-8 , p. 393 .
- ↑ a b c d e CEN / TC 250 érték: EN 1993-1-1: 2010-12: Acélszerkezetek méretezése és építése - 1-1. Rész: "Az épületépítés általános szabályai és szabályai" . Német nyelvű kiadás. 2010, p. 48 .
- ↑ a b c Osztrák Szabványügyi Intézet : ÖNORM B EN 1993-1-1: 2007-02-01 tervezése és kivitelezése acélszerkezetek - 1-1 rész: "Általános tervezési szabályok" . 2007, p. 5 (ÖNORM EN 1993-1-1 nemzeti előírások, nemzeti magyarázatok és nemzeti kiegészítések).
- ↑ a b c Német Szabványügyi Intézet : DIN EN 1993-1-1 / NA: 2010-12: Nemzeti melléklet - Országosan meghatározott paraméterek - Eurocode 3: Acélszerkezetek tervezése és kivitelezése - 1-1 rész: Általános tervezési szabályok és szabályok az épületépítéshez . 2010, p. 8 .
- ↑ British Standards Institution : NA + A1: 2014 BS EN 1993-1-1: 2005 + A1: 2014 UK nemzeti melléklet az Eurocode 3-hoz: Acélszerkezetek tervezése . 2014, p. 4 (1-1. Rész: Általános szabályok és épületekre vonatkozó szabályok).
- ↑ szokatlan tervezési helyzetek esetén γ M1 = 0 Németországban is