Teoretická pevnost tělesa - Theoretical strength of a solid
The teoretická pevnost tělesa je maximum možné stres perfektní pevná látka vydrží. Často je mnohem vyšší než to, čeho mohou současné skutečné materiály dosáhnout. Sklopené zlomenina napětí je způsobeno vadami, jako jsou vnitřní nebo povrchové praskliny. Jedním z cílů studia mechanické vlastnosti materiálů je navrhovat a vyrábět materiály vykazující pevnost blízkou teoretickému limitu.
Definice
Když je pevná látka v tahu, její atomové vazby se pružně protahují. Jakmile je dosaženo kritického napětí, všechny atomové vazby na lomové rovině prasknou a materiál mechanicky selže. Napětí, při kterém jsou pevné lomy teoretickou silou, často označovanou jako . Po zlomení se natažené atomové vazby vrátí do původního stavu, kromě toho, že se vytvořily dva povrchy.
Teoretická síla se často přibližuje jako: [1][2]
kde
- je maximální teoretické napětí, které těleso vydrží.
- E je Youngův modul pevné látky.
Derivace
Posunutí napětí nebo vs x, vztah během zlomeniny lze odhadnout pomocí sinusové křivky, , až do / 4. Počáteční sklon Křivka vs x může souviset s Youngovým modulem prostřednictvím následujícího vztahu:
kde
- je aplikované napětí.
- E je Youngův modul tělesa.
- je napětí, kterému prochází pevná látka.
- x je posunutí.
Napětí může souviset s posunem x o , a je rovnovážný meziatomový rozestup. Kmenový derivát je proto dán vztahem
Vztah počátečního sklonu Křivka vs x s Youngovým modulem se tak stává
Sinusový vztah napětí a posunutí dává derivaci:
Nastavením těchto dvou společně se teoretická síla stává:
Teoretickou sílu lze také aproximovat pomocí lomové práce na jednotku plochy, což má za následek mírně odlišná čísla. Výše uvedená derivace a konečná aproximace je však běžně používanou metrikou pro hodnocení výhod mechanických vlastností materiálu.[3]
Viz také
- Síla materiálu
- Lomová mechanika
- Mechanika těles
- Stres (mechanika)
- Maximální pevnost v tahu
- Zlomenina
- Creep (deformace)
- Teorie selhání materiálu
Reference
- ^ H., Courtney, Thomas (2005). Mechanické chování materiálů. Waveland Press. ISBN 978-1577664253. OCLC 894800884.
- ^ Jin, Z .; Sun, C. (2011). Lomová mechanika. Waltham, MA: Akademický tisk. s. 11–14. ISBN 978-0-12-385001-0. OCLC 770668002.
- ^ Wu, Ge; Chan, Ka-Cheung; Zhu, Linli; Sun, Ligang; Lu, Jian (2017). „Dvoufázová nanostruktura jako cesta k vysoce pevným slitinám hořčíku“. Příroda. 545 (7652): 80–83. doi:10.1038 / příroda21691. PMID 28379942.