Specifik styrka

Specifik hållfasthet  - draghållfastheten hos ett material, relaterad till dess densitet . Visar hur stark strukturen blir för en given massa.

Måttenheten är m² / s² .

Specifik hållfasthet kännetecknar viktfördelen hos ett givet material i form av en drag-kompressiv stav jämfört med andra material med samma hållfasthet för alla material. I detta fall kommer stavens vikt att vara omvänt proportionell mot materialets specifika styrka. Den sista bestämmelsen utan några förbehåll kan tillämpas på stavar som arbetar i spänning, enkel kompression och skjuvning. I fall av böjning, vridning och buckling är de specifika hållfasthetsformlerna baserade på ett ytterligare villkor för geometrisk likhet mellan sektionerna av stavarna från de jämförda materialen. Följaktligen, med samma styrka, kommer en stav vars material har en större specifik styrka att vara lätt i massa.

Materialets specifika styrka är särskilt viktig för flygplansindustrin, raketvetenskap och rymdfarkoster. Därför ges det i egenskaperna när man väljer ett material för flygplanets strukturella delar. Ju större specifik hållfasthet materialet har, desto mindre massa kan strukturelementet ha, arbetar i spänning eller kompression. När man väljer ett material för ett element med en förutbestämd form (och ibland vissa dimensioner) av tvärsnittet, som arbetar i böjning, buckling eller torsion, är det nödvändigt att använda matematiska uttryck som bestämmer den specifika styrkan för dessa typer av belastningar. [ett]

Om vi ​​delar den specifika styrkan med gravitationsaccelerationen får vi den maximala längden på en tråd gjord av ett material med konstant tvärsnitt, som i ett enhetligt gravitationsfält kan hänga vertikalt nedåt, utan att gå sönder under sin egen vikt. För stål är denna längd upp till 26 km [2] .

Specifik draghållfasthet hos konstruktionsmaterial

Material Tillåten stress, MPa Densitet, g/cm³ Specifik styrka, (kN m/kg Spaltens längd från dess egen vikt, km Källa
Betong 12 2.30 4,35 0,44
Sudd femton 0,92 16.3 1,66
Koppar 220 8,92 24.7 2,51
Brons 580 8,55 67,8 6,91 [3]
Nylon 78 1.13 69,0 7.04 [fyra]
Ek 90 0,78-0,69 115-130 12-13 [5]
Polypropen 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 [åtta]
Rostfritt stål 2000 7,86 254 25,9 [åtta]
Titan 1300 4,51 288 29.4 [åtta]
Beinit 2500 7,87 321 32.4 [9]
Balsa 73 0,14 521 53,2 [tio]
Steel Wire Scifer 5500 7,87 706 71,2 [9]
CFRP 1240 1,58 785 80,0 [elva]
spindelnätstråd 1400 1,31 1069 109
kiselkarbidfiber 3440 3.16 1088 110 [12]
Glasfiber 3400 2,60 1307 133 [åtta]
Basaltfiber 4840 2,70 1790 183 [13]
Järnmorrhår 1 mikron 14 000 7,87 1800 183 [9]
Vectran 2900 1,40 2071 211 [åtta]
Kevlar49 3000 1,44 2083 212 [fjorton]
Kolfiber (AS4) 4300 1,75 2457 250 [åtta]
Ultra hög molekylvikt polyeten hög densitet 3600 0,97 3711 378 [femton]
Polymer Zylon 5800 1,54 3766 384 [16]
kolnanorör 62 000 0,037-1,34 över 46 268 över 4716 [17] [18]
Kolossala kolrör 6900 0,116 59 483 6066 [19]

Anteckningar

  1. ↑ Chumak P.I., Krivokrysenko V.F. Beräkning och design av ultralätta flygplan. — M.: Patriot, 1991. — 238 sid. - C. 87. - ISBN 5-7030-0224-9 .
  2. ↑ Jämförelse av egenskaper hos olika tekniska material  (engelska)  (länk ej tillgänglig) . Hämtad 24 april 2010. Arkiverad från originalet 11 mars 2006.
  3. ↑ RoyMech: Kopparlegeringar (länk ej tillgänglig) . Hämtad 10 september 2019. Arkiverad från originalet 17 juli 2011. 
  4. ↑ Polyamidnylon 6 . Hämtad 10 september 2019. Arkiverad från originalet 17 april 2019.
  5. ↑ Mekaniska egenskaper av trä . Hämtad 10 september 2019. Arkiverad från originalet 10 oktober 2018.
  6. ↑ Polypropen . Hämtad 10 september 2019. Arkiverad från originalet 7 augusti 2018.
  7. ↑ eFunda: Magnesiumlegeringar . Hämtad 10 september 2019. Arkiverad från originalet 13 mars 2019.
  8. ↑ 1 2 3 4 5 6 Vectran fiberdragegenskaper . Kuraray grupp. Hämtad 29 december 2013. Arkiverad från originalet 30 december 2013.
  9. ↑ 1 2 3 52:a Hatfield Memorial Lecture: "Stora bitar av mycket starkt stål" Arkiverad 23 december 2012. av HKDH Bhadeshia 2005
  10. ↑ Tropiskt Balsa Wood . Hämtad 10 september 2019. Arkiverad från originalet 2 april 2015.
  11. ↑ McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, 8:e upplagan, 1997, vol. 1, sid. 375
  12. ↑ Specialty Materials, Inc. SCS Silicon Carbide Fibres (länk ej tillgänglig) . Hämtad 10 september 2019. Arkiverad från originalet 4 april 2018. 
  13. ↑ Egenskaper för basaltfiber Arkiverad 4 september 2014  .
  14. ↑ KEVLAR teknisk guide (nedlänk) . Hämtad 10 september 2019. Arkiverad från originalet 27 maj 2013. 
  15. ↑ Dyneema fiber . Hämtad 10 september 2019. Arkiverad från originalet 28 oktober 2015.
  16. ↑ Toyobo Co., Ltd. ザイロン (PBO 繊維)技術資料 (2005) (gratis nedladdning PDF). Hämtad 29 december 2013. Arkiverad från originalet 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 Nanorubes Under Tensile Load  (engelska)  // Science : journal. - 2000. - Vol. 287 , nr. 5453 . - s. 637-640 . - doi : 10.1126/science.287.5453.637 . - . — PMID 10649994 .
  18. ↑ K.Hata. Från mycket effektiv föroreningsfri CNT-syntes till DWNT-skogar, CNTsolids och superkondensatorer (gratis nedladdning PDF)  (inte tillgänglig länk) . Hämtad 10 september 2019. Arkiverad från originalet 15 december 2018.
  19. ↑ Peng, H.; Chen, D.; Huang JY et al. Starka och duktila kolossala kolrör med väggar av rektangulära makroporer  //  Phys . Varv. Lett.  : journal. - 2008. - Vol. 101 , nr. 14 . — S. 145501 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.101.145501 . - . — PMID 18851539 .