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Un articolo per aiutarti a comprendere le proprietà meccaniche dei materiali: resistenza, durezza, tenacità, fragilità...

Nell'ingegneria strutturale, quando selezioniamo il materiale giusto per un progetto o un prodotto, è molto importante scegliere questo materiale, non quel materiale, in base alle proprietà meccaniche del materiale come base, questo articolo ti porterà a capire le basi proprietà meccaniche dei materiali: resistenza, durezza, tenacità, fragilità…

INGEGNERIA-STRUTTURALE-MATERIALI

di base Concept

L'apprendimento della conoscenza inizia con i concetti, che sono le più piccole unità di conoscenza. Comprendere qualcosa, un argomento, richiede la comprensione di molti concetti di base. Pertanto, per conoscere le proprietà meccaniche dei materiali, dobbiamo prima comprendere il concetto di base pertinente e ciò che questo concetto esprime. Con questo punto di partenza, ciò che segue sarà molto più semplice.

No. Properties Definizione
1 Forza La capacità di un materiale di resistere ai danni sotto l'azione di una forza esterna.
2 Durezza La capacità di un materiale di resistere alla deformazione plastica locale. La capacità di un materiale di resistere a graffi, tagli, abrasioni, intaccature o penetrazioni.
3 Rigidezza La rigidità si riferisce alla capacità di un materiale o di un componente di resistere alla deformazione sotto sforzo, che è una rappresentazione della difficoltà della deformazione elastica e anche della forza richiesta per causare lo spostamento dell'unità.
4 Flessibilità La flessibilità, nota anche come rapporto di snellezza, è denominata λ, che si riferisce alla dimensione della deformazione lungo l'asse verticale del componente sottoposto a sollecitazione assiale. È il reciproco della rigidità.
5 stanchezza Il danno da fatica si riferisce al fenomeno del cedimento del materiale sotto lo stress che è molto al di sotto del limite di resistenza o addirittura del limite di snervamento del materiale.
6 Durezza Tenacità, che indica la capacità di un materiale di assorbire energia durante la deformazione plastica e la rottura.
7 Fragilità La fragilità si riferisce alla proprietà che il materiale si rompe sotto l'azione di una forza esterna (come un impatto di trazione, ecc.) Con solo una piccola deformazione.
8 Elasticità L'elasticità si riferisce alla proprietà che un oggetto può recuperare la sua dimensione e forma originale dopo la deformazione, che è espressa dal modulo elastico E.
9 Plasticità La plasticità è la capacità di un oggetto di deformarsi. Quando la forza esterna è piccola, l'oggetto subisce una deformazione elastica, quando la forza esterna supera un certo valore, l'oggetto produce una deformazione irrecuperabile, che si chiama deformazione plastica.
10 duttilità La duttilità si riferisce alla capacità di un materiale o di un componente di continuare a essere trasportato dopo aver raggiunto uno stato di danneggiamento fino a raggiungere la sua capacità di carico finale. Questa è la capacità di mantenere la deformazione a una certa capacità di carico.

Caratteristiche di base

Per aiutarti a comprendere meglio queste proprietà meccaniche, ho selezionato 10 scene cinematografiche comuni del lavoro o della vita quotidiana come riferimento per descrivere ulteriormente le loro caratteristiche di base, trasmetterle ai tuoi amici per imparare gli uni dagli altri.

Resistenza: il materiale deve essere in grado di resistere alle forze applicate nello scenario applicativo senza piegarsi, rompersi, frantumarsi o deformarsi.

forza

Durezza: i materiali più duri sono generalmente più resistenti ai graffi, durevoli e resistenti a strappi e rientranze.

Durezza

Rigidità: un materiale con una buona rigidità è meno soggetto a deformazioni.

Rigidezza

Flessibilità: un maggior grado di flessibilità comporta una maggiore deformazione e una minore stabilità del componente.

Flessibilità

Fatica: un materiale con elevata fatica è di buona qualità e dura più a lungo.

stanchezza

Tenacità: la resistenza alla trazione e all'urto del materiale, migliore è la tenacità, minore è la possibilità di frattura fragile.

Durezza

Fragilità: a differenza della tenacità, maggiore è la fragilità, il materiale sarà danneggiato con una deformazione minima.

Fragilità

Elasticità: La capacità di un materiale di assorbire la forza e piegarsi in direzioni diverse e tornare al suo stato originale.

Elasticità

Plasticità: rispetto all'elasticità, migliore è la plasticità, la deformazione del materiale manterrà la forma dopo la deformazione.

Plasticità

Duttilità: La capacità di essere sollecitata e deformata nella direzione della lunghezza. Per le strutture sismiche, dovrebbero essere utilizzati materiali con buone prestazioni di duttilità.

duttilità

★ Connessioni e Distinzioni

Dopo aver compreso i concetti e le caratteristiche di base, è ancora più importante comprendere le connessioni e le distinzioni tra loro per acquisire una profonda comprensione delle proprietà dei materiali o dei componenti e applicarli meglio alla vita pratica di produzione.

Prima di tutto, le specialità dei diversi materiali sono diverse. In generale, nella scienza dei materiali, la durezza della ceramica è elevata, la resistenza del metallo è elevata, la plasticità dei polimeri è buona e così via, perché hanno diverse strutture materiali (da microscopiche a mesoscopiche) e diversi legami chimici, e c'è così tanto di cui parlare in quella. Puoi vedere cosa viene detto in Fondamenti di scienza dei materiali, che è scritto in grande dettaglio.

1 Il rapporto tra forza e plasticità

La forza si riferisce alla quantità massima di forza che un materiale può sopportare. La plasticità si riferisce alla percentuale del materiale che può essere deformata al massimo. Ad esempio, se una barra d'acciaio può sopportare una forza massima di 100Mpa, cioè la sua forza è 100Mpa, e se sotto una forza di 100Mpa si deforma del 20% e si rompe, allora la sua plasticità è del 20%.

Nell'industria, una situazione tipica in cui sono richieste elevata resistenza ed elevata plasticità è nei componenti strutturali di un'auto. Da un lato vogliamo che sia in grado di resistere a più forze e, dall'altro, vogliamo che i componenti strutturali siano in grado di deformarsi in larga misura in caso di collisione, in modo che possano assorbire energia e proteggere i passeggeri. Ad esempio, vogliamo che un componente strutturale sia in grado di resistere a una pressione di 2,000 MPa e allo stesso tempo si deformi fino al 60% senza rompersi. (Energia assorbita = forza sull'elemento strutturale x grado di deformazione dell'elemento strutturale) Questa è, infatti, la tenacità. La tenacità è la quantità di energia assorbita da un materiale durante la deformazione ed è solitamente rappresentata dall'integrale sotto la curva in a prova di trazione diagramma, ovvero l'area, come mostrato di seguito.

In generale, la resistenza e la plasticità di un materiale non possono essere soddisfatte contemporaneamente, sono come due facce della stessa medaglia: un aumento della resistenza solitamente porta ad una diminuzione della plasticità. La ricerca ha dimostrato che la deformazione plastica dei materiali metallici si ottiene solitamente per scorrimento per dislocazione. Durante l'incrudimento, il metallo si deforma plasticamente, i grani scivolano e le dislocazioni si aggrovigliano, causando l'allungamento, la rottura e la fibrilizzazione dei grani, prevenendo ulteriori deformazioni e conseguenti rotture e rotture.

2 L'elasticità e la plasticità sono relative

L'elasticità è semplice, dopo il ritiro delle forze esterne la deformazione può essere completamente recuperata; plasticità significa che il materiale ha una deformazione plastica, dopo il ritiro delle forze esterne la deformazione non può essere completamente recuperata, c'è una deformazione plastica residua. Ad esempio, l'indice di allungamento viene utilizzato per valutare la plasticità dell'acciaio. Dopo che un provino di acciaio è stato estratto, la deformazione elastica si riprenderà, mentre la deformazione plastica residua, quindi l'allungamento può essere utilizzato per valutare la capacità di deformazione plastica dell'acciaio.

3 Rigidità, duttilità e plasticità

Innanzitutto tutti e tre sono concetti che misurano il grado di deformazione. La rigidità è il valore del carico/spostamento nella fase elastica, che è EI, una misura di morbidezza e rigidità. La duttilità e la plasticità sono deformazioni in fase anelastica, il coefficiente di duttilità può essere calcolato quantitativamente e la plasticità è un concetto qualitativo.

4 Tenacità = forza + plasticità

La tenacità si riferisce all'energia assorbita dal materiale dalla forza alla frattura, maggiore è l'energia consumata per rompere il materiale, migliore è la tenacità. Il consumo di energia significa che si deve lavorare sul materiale all'esterno del sistema, che poi indica la presenza di forza e spostamento (deformazione). La capacità di resistere allo stress è caratterizzata dalla forza e la capacità di deformarsi è caratterizzata dalla plasticità. Quindi un materiale duttile ha una buona plasticità.

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