Specifik styrke

Specifik styrke  - trækstyrken af ​​et materiale, relateret til dets massefylde . Viser hvor stærk strukturen vil være for en given masse.

Måleenheden er / s² .

Specifik styrke karakteriserer vægtfordelen ved et givet materiale i form af en træk-kompressionsstang sammenlignet med andre materialer med samme styrke for alle materialer. I dette tilfælde vil vægten af ​​stangen være omvendt proportional med materialets specifikke styrke. Den sidste bestemmelse kan uden forbehold anvendes på stænger, der arbejder i spænding, simpel kompression og forskydning. I tilfælde af bøjning, vridning og knækning er de specifikke styrkeformler baseret på en yderligere betingelse om geometrisk lighed mellem sektionerne af stængerne fra de sammenlignede materialer. Følgelig vil en stang, hvis materiale har en større specifik styrke, med samme styrke være let i masse.

Materialernes specifikke styrke er især vigtig for flyindustrien, raketvidenskab og rumfartøjer. Derfor er det givet i egenskaberne, når man vælger et materiale til flyets strukturelle elementer. Jo større materialets specifikke styrke, jo mindre masse kan konstruktionselementet have, arbejder i spænding eller kompression. Når du vælger et materiale til et element med en forudbestemt form (og nogle gange visse dimensioner) af tværsnittet, der arbejder i bøjning, knæk eller torsion, er det nødvendigt at bruge matematiske udtryk, der bestemmer den specifikke styrke for disse typer belastninger. [en]

Hvis vi dividerer den specifikke styrke med tyngdeaccelerationen , så får vi den maksimale længde af en tråd lavet af et materiale med konstant tværsnit, som i et ensartet tyngdefelt kan hænge lodret nedad, uden at knække under sin egen vægt. For stål er denne længde op til 26 km [2] .

Specifik trækstyrke af strukturelle materialer

Materiale Tilladt stress, MPa Massefylde, g/cm³ Specifik styrke, (kN m/kg Længden af ​​mellemrummet fra dens egen vægt, km Kilde
Beton 12 2.30 4,35 0,44
Gummi femten 0,92 16.3 1,66
Kobber 220 8,92 24.7 2,51
Bronze 580 8,55 67,8 6,91 [3]
Nylon 78 1.13 69,0 7.04 [fire]
Egetræ 90 0,78-0,69 115-130 12-13 [5]
Polypropylen 25-40 0,90 28-44 2,8-4,5 [6]
Magnesium 275 1,74 158 16.1 [7]
Aluminium 600 2,80 214 21.8 [otte]
Rustfrit stål 2000 7,86 254 25,9 [otte]
Titanium 1300 4,51 288 29.4 [otte]
Beinit 2500 7,87 321 32,4 [9]
Balsa 73 0,14 521 53,2 [ti]
Steel Wire Scifer 5500 7,87 706 71,2 [9]
CFRP 1240 1,58 785 80,0 [elleve]
spindelvæv tråd 1400 1,31 1069 109
siliciumcarbidfiber 3440 3.16 1088 110 [12]
Glasfiber 3400 2,60 1307 133 [otte]
Basalt fiber 4840 2,70 1790 183 [13]
Jern whisker 1 micron 14.000 7,87 1800 183 [9]
Vectran 2900 1,40 2071 211 [otte]
Kevlar 49 3000 1,44 2083 212 [fjorten]
Kulfiber (AS4) 4300 1,75 2457 250 [otte]
Ultra High Molecular Weight Polyethylen High Density 3600 0,97 3711 378 [femten]
Polymer Zylon 5800 1,54 3766 384 [16]
kulstof nanorør 62.000 0,037-1,34 over 46 268 over 4716 [17] [18]
Kolossale kulstofrør 6900 0,116 59 483 6066 [19]

Noter

  1. Chumak P.I., Krivokrysenko V.F. Beregning og design af ultralette fly. — M.: Patriot, 1991. — 238 s. - C. 87. - ISBN 5-7030-0224-9 .
  2. Sammenligning af egenskaber af forskellige tekniske materialer  (engelsk)  (link ikke tilgængeligt) . Hentet 24. april 2010. Arkiveret fra originalen 11. marts 2006.
  3. RoyMech: Kobberlegeringer (link utilgængeligt) . Hentet 10. september 2019. Arkiveret fra originalen 17. juli 2011. 
  4. Polyamid Nylon 6 . Hentet 10. september 2019. Arkiveret fra originalen 17. april 2019.
  5. ↑ Træs mekaniske egenskaber . Hentet 10. september 2019. Arkiveret fra originalen 10. oktober 2018.
  6. Polypropylen . Hentet 10. september 2019. Arkiveret fra originalen 7. august 2018.
  7. eFunda: Magnesiumlegeringer . Hentet 10. september 2019. Arkiveret fra originalen 13. marts 2019.
  8. 1 2 3 4 5 6 Vectran fiber trækegenskaber . Kuraray gruppe. Hentet 29. december 2013. Arkiveret fra originalen 30. december 2013.
  9. 1 2 3 52nd Hatfield Memorial Lecture: "Large Chunks of Very Strong Steel" Arkiveret 23. december 2012. af HKDH Bhadeshia 2005
  10. Tropisk Balsa-træ . Hentet 10. september 2019. Arkiveret fra originalen 2. april 2015.
  11. McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, 8. udgave, 1997, bind. 1, s. 375
  12. Specialty Materials, Inc. SCS Silicon Carbide Fibres (link utilgængeligt) . Hentet 10. september 2019. Arkiveret fra originalen 4. april 2018. 
  13. ↑ Basaltfibers egenskaber Arkiveret 4. september 2014  .
  14. KEVLAR teknisk vejledning (downlink) . Hentet 10. september 2019. Arkiveret fra originalen 27. maj 2013. 
  15. Dyneema fiber . Hentet 10. september 2019. Arkiveret fra originalen 28. oktober 2015.
  16. Toyobo Co., Ltd. ザイロン (PBO 繊維)技術資料 (2005) (gratis download PDF). Hentet 29. december 2013. Arkiveret fra originalen 26. april 2012.
  17. Yu, Min-Feng; Lourie, O.; Dyer, MJ; Moloni, K.; Kelly, T.F.; Ruoff, RS Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load  (engelsk)  // Science : journal. - 2000. - Vol. 287 , nr. 5453 . - s. 637-640 . - doi : 10.1126/science.287.5453.637 . - . — PMID 10649994 .
  18. K.Hata. Fra højeffektiv urenhedsfri CNT-syntese til DWNT-skove, CNTsolider og superkondensatorer (gratis download PDF)  (utilgængeligt link) . Hentet 10. september 2019. Arkiveret fra originalen 15. december 2018.
  19. Peng, H.; Chen, D.; Huang JY et al. Stærke og duktile kolossale kulstofrør med vægge af rektangulære makroporer  //  Fysisk . Rev. Lett.  : journal. - 2008. - Bd. 101 , nr. 14 . — S. 145501 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.101.145501 . - . — PMID 18851539 .