• Sonuç bulunamadı

Bölüm 6: Mekanik Özellikler

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Bölüm 6: Mekanik Özellikler"

Copied!
31
0
0

Yükleniyor.... (view fulltext now)

Tam metin

(1)

Chapter 6 - 1

• Gerilme ve birim şekil değişimi: Nelerdir? Ve neden yük

ve uzama terimler kullanılmaz?

• Elastik davranış: Yükler az ise, ne kadar deformasyon yaratır?

Hangi malzemeler en az deformasyona uğrar?

• Plastik davranış: Hangi noktada malzeme kalıcı bozulur?

Hangi malzemeler en fazla kalıcı deformasyona dayanır? • Süneklik ve tokluk: Nelerdir ve nasıl ölçülebilirler?

Bölüm 6:

(2)

Chapter 6 - 2

Elastik demek

geridönüşür

!

Elastic Deformasyon

2.

Az yük

F

bağlar gerilir

1. Başta

3. Yüksüz

başlangıca dönüş

F

Lineer- elastik Lineer olmayan-elastik

(3)

Chapter 6 - 3

Plastik demek

kalıcı

!

Plastik Deformasyon (Metaller)

F

linear elastic linear elastic plastic

1. Başta

2.

Az yük

3. yüksüz

düzlemler

hala

kaymıştır

F

elastik + plastik

bağlar

gerilir

& düzlemler

kayar

plastik

(4)

Chapter 6 - 4

Gerilimin birimi:

N/m

2

yada lb

f

/in

2

Mühendislik Gerilmesi

Kayma gerilmesi

, :

Alan, Ao

F

t

F

t

F

s

F

F

F

s

=

F

s

A

o

Çekme gerilmesi

, :

yükten önceki orjinal alan

=

F

t

A

o

2 f 2

m

N

or

in

lb

=

Alan, Ao

F

t

F

t

(5)

Chapter 6 - 5

Basit çekme

: Kablo

Not: = M/AcR

Bazı Gerilim Türleri

o

F

A

o

F

s

A

M

M

A

o

2R

F

s

A

c

Burkma

(kaymanın bir çeşiti): çevirme mili

Kayak çekici courtesy P.M. Anderson) (photo Ao = kesit alan

(yükten önce)

F

F

(6)

Chapter 6 - 6 (photo courtesy P.M. Anderson)

Canyon Köprüsü, Los Alamos, NM

o

F

A

Basit basma:

Not: basma yapı elemanı ( < 0 ).

(photo courtesy P.M. Anderson)

Diğer Gerilim Durumları(i)

A

o

Denge taşı, Arches National Park

(7)

Chapter 6 - 7

İki eksenli (biaksiyal)

çekme:

Hidrostatik

basma:

Basıçlı tank

< 0

h (photo courtesy P.M. Anderson) (photo courtesy P.M. Anderson)

Diğer Gerilim Durumları(ii)

Suyun içindeki balık

z

> 0

(8)

Chapter 6 - 8

Çekme

şekil değişimi:

Lateral

(Yanal)

şekil değişimi:

şekil değişimi her

zaman birimsizdir

Mühendislik Birim Şekil Değişimi

Kayma

şekil değişimi:

:

90º 90º -

y

x

= x/y = tan

L

o

Adapted from Fig. 6.1(a) and (c), Callister & Rethwisch 8e.

/2

L

o

w

o

L L

w

o L

/2

(9)

Chapter 6 - 9

Gerilme-Şekil Değiştirme Testi

• Tipik çekme testi

makinası

Adapted from Fig. 6.3, Callister & Rethwisch 8e. (Fig. 6.3 is taken from H.W. Hayden, W.G. Moffatt, and J. Wulff, The Structure and Properties of Materials, Vol. III, Mechanical Behavior, p. 2, John Wiley and Sons, New York, 1965.)

• Tipik çekme testi

numunesi

Adapted from Fig. 6.2, Callister & Rethwisch 8e.

(10)

Chapter 6 - 10

Lineer Elastik Özellikler

Elastiklik Modülü, E

:

(Young modülü olarakta bilinir)

Hooke Kanunu:

=

E

Lineer-

elastik

E

F

F

basit çekme testi

(11)

Chapter 6 - 11

Poisson oranı,

Poisson oranı,

:

Birimleri:

E: [GPa] veya [psi]

: boyutsuz

> 0.50 yoğunluk artar < 0.50 yoğunluk azalır z y

-metaller: ~ 0.33 seramikler: ~ 0.25 polimerler: ~ 0.40

(12)

Chapter 6 - 12

Mekanik Özellikler

• Metallerde elastik modülün büyüklüğü,

atomlar arası uzaklığın r0 olduğu denge

konumunda eğrinin eğimiyle orantılıdır.

Adapted from Fig. 6.7, Callister & Rethwisch 8e.

(13)

Chapter 6 - 13

• Elastik

Kayma

modülü, G:

G

=

G

Diğer Elastik özellikler

Basit burkma testi

M

M

• İzotropik malzemede :

2(1

)

E

G

3(1

2 )

E

K

• Elastik

Hacim

modülü, K:

Basınç testi İlk hacim=Vo. Hacim değişimi = V

P

P

P

P = -

K

V

V o

P

V

K

V

o

(14)

Chapter 6 - 14 Metaller Alaşımlar Grafit Seramikler Yarıiletk. Polimerler Kompositler /lifler E(GPa)

Based on data in Table B.2,

Callister & Rethwisch 8e.

Composite data based on reinforced epoxy with 60 vol% of aligned

carbon (CFRE), aramid (AFRE), or glass (GFRE) fibers.

Young Modülü: Karşılaştırma

10

9

Pa

0.2 8 0.6 1 Mg, Al Pl Gümüş, altınd Tantalum Zn, Ti Çelik, Ni Mol Grafit Si kristall Cam beton Si nitrit Al oksit PC Tahta AFRE( fibers) * CFRE* GFRE*

Glass fibers only Karbon lifler

Aramid fibers only

Epoxy only 0.4 0.8 2 4 6 10 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 2 00 6 00 8 00 10 00 1200 4 00 Sn Cu alaşım Tungsten <100> <111> Si karbid Elmas PTFE HDPE LDPE PP Polyester PS PET CFRE( fibers) * GFRE( fibers)* GFRE(|| fibers)* AFRE(|| fibers)* CFRE(|| fibers)*

(15)

Chapter 6 - 15

(düşük sıcaklıklarda, ör. T < Terime/3)

Plastik (Kalıcı) Deformasyon

• Basit çekme testi:

mühendislik gerilimi, mühendislik birim şekil değiştirme, Elastik+Plastik büyük gerilimde p plastik şekil değiştirme

Elastik

başlangıçta

Adapted from Fig. 6.10(a), Callister & Rethwisch 8e. kalıcı (plastik)

(16)

Chapter 6 - 16

• Plastik deformasyonun

belirgin

başladığı gerilim.

p

= 0.002

Akma Dayanımı,

y

ak

= akma dayanımı

Not: 2 inçlik örnek için

= 0.002 = z/z

z = 0.004 in

Adapted from Fig. 6.10(a), Callister & Rethwisch 8e.

çekme gerilimi,

mühendislik birim şekil değiştirme,

ak

(17)

Chapter 6 - 17

Oda sıcaklığı

değerleri

Based on data in Table B.4,

Callister & Rethwisch 8e.

t = tavlanmış

sh = sıcak haddelenmiş y = yaşlanmış

sç = soğuk çekilmiş si= soğuk işlem

st = su verilmiş & temperlenmiş

Akma Dayanımı: Karşılaştırma

Grafit/ Seramikler/ Yarı il. Metaller/ Alaşımlar Kompositler/ Lifler Polimerler

Akma

D

ay

an

ımı

,

ak

(MPa)

PVC Ölç ümü zor , g e ri lim d e , kı rı lm a g e n e lde a km a d a n ö n ce g e rçekleşir .. Naylon 6,6 LDPE 70 20 40 60 50 100 10 30 200 300 400 500 600 700 1000 2000 Sn (saf) Al (6061)t Al (6061)ag Cu (71500)sh Ta (pure) Ti (pure)t Çelik l (1020)sh Çelik (1020)sç Çelik (4140)t Çelik (4140)st Ti (5Al-2.5Sn) t W (pure) Mo (pure) Cu (71500)si Ölç üm ü zor s e ram ik m a tri ks v e epo ksi m a tr ks k o m p o sit lerde , g e ri lim d e , kı rı lm a g e n e lde a km a d a n ö n ce g e rçekleşir . HDPE PP nemli kuru PC PET ¨

(18)

Chapter 6 - 18

Çekme Dayanımı, ÇD

Metaller

:

Farkedilir daralma (boyun) gözlenir.

Polymerler

:

kırılacakları sıra daralma gözlenir.

Adapted from Fig. 6.11, Callister & Rethwisch 8e.

y

strain

Typical response of a metal

F = kopma veya son gerilim Boyun – gerilim konsantrasyonu oluşur.

ÇS

Gerilme

Birim şekil değişimi

(19)

Chapter 6 - 19

Çekme Gerilimi: Karşılaştırma

Si kristall <100> Grafit/ Seramikler/ Yarı iletk. Metaller/ Alaşımlar Koompositler/ lifler Polimerler

T

en

si

le

st

re

ng

th,

ÇS

(MPa)

PVC Naylon 6,6 10 100 200 300 1000 Al (6061)t Al (6061)sh Cu (71500)sç Ta (saf) Ti (saf) t Çelik (1020) Çelik (4140)a Çelik (4140)st Ti (5Al-2.5Sn) a W (saf) Cu (71500)si LDPE PP PC PET 20 30 40 2000 3000 5000 Grafit Al oksit Beton Elmas Cam-soda Si nitrit HDPE tahta ( lif) tahta(|| lif) 1 GFRE(|| lif) GFRE( lif) CFRE(|| lif) CFRE( lif) AFRE(|| lif AFRE( lif) E-glass lif C lifleri Aramid lif

Based on data in Table B.4,

Callister & Rethwisch 8e. t = tavlanmış

sh = sıcak haddelenmiş y = yaşlanmış

sç = soğuk çekilmiş si= soğuk işlem

st = su verilmiş & temperlenmiş

AFRE, GFRE, & CFRE = aramid, cam, & karbon lifler-takviyeli epoksi

kompositler, %60 (hacimce) lifler.

Oda sıcaklığı

değerleri

(20)

Chapter 6 - 20

• Kopma anında plastik birim şekil değişimi:

Süneklik

• Başka bir süneklik ölçütü:

x

100

A

A

A

KD

%

o f o

-

=

x 100

L

L

L

UZ

%

o o f

L

f

A

o

A

f

L

o Adapted from Fig. 6.13,

Callister & Rethwisch 8e.

Birim şekil değişimi,

küçük %UZ

büyük %UZ

Geril

me

(21)

Chapter 6 - 21

• Malzemenin kırılmadan enerji absorbe etme kabiliyeti.

• Gerilme-şekil değiştirme eğrisinin altında kalan alan.

Tokluk

Gevrek kırılma: elastik enerji

Sünek kırılma: elastik + plastik enerji

Adapted from Fig. 6.13, Callister & Rethwisch 8e.

Çok düşük tokluk (takviyesiz polimer)

Düşük tokluk(seramikler) gevrek

Yüksek tokluk (metaller) sünek

Geril

me

(22)

Chapter 6 - 22

Rezilyans, U

r

• Elastik şekil değişimi sırasında enerji absorbe etme özelliği. – Enerji en iyi elastik bölgede toplanır.

Lineer gerilim-şekil

değişimi

düşünüldüğünde;

Adapted from Fig. 6.15, Callister & Rethwisch 8e.

y y r

2

1

U

y

d

U

r

0

(23)

Chapter 6 - 23

Elastik Geri Gelme

Adapted from Fig. 6.17, Callister & Rethwisch 8e.

Ger

ilme

Birim şekil değişimi

3. Tekrar yükleme

2. Yükün kaldırılması

D

Elastik olarak geri gelen şekil değişimi 1. Yük

ako aki

(24)

Chapter 6 - 24

Sertlik

• Malzemenin yerel plastik deformasyona gösterdiği direncin ölçütü. • Büyük sertlik:

-- plastik deformasyona veya baskıda kırılmaya olan dayanıklılık ve -- aşınma özelliklerinin daha iyi olmasıdır.

e.g.,

10 mm küre

Belli bir kuvvet Yük kalktıktan

sonra izin boyutları ölçülür

d

D İz derin değilse sertlik büyüktür increasing hardness çoğu plastikler pirinçler

Al alaşımlar kolay işlenirçelikler eğe sertliği kesici aletler

nitrürlenmiş

(25)

Chapter 6 - 25

Sertlik: Ölçümü

• Rockwell Sertliği

– Baskıcı uçta kolay bozulma olmaz.

– Her skalada en yüksek değer 130 olsada okunan

aralık 20-100 dür.

– Ön yük 10 kg

– Ana yük 60 (A), 100 (B) & 150 (C) kg

• A = elmas, B = 1/16 inç bilya, C = elmas

• HB = Brinell Sertliği

– ÇD (psia) = 500 x HB

– ÇD (MPa) = 3.45 x HB

(26)

Chapter 6 - 26

Sertlik: Ölçümü

(27)

Chapter 6 - 27

Gerçek Gerilme & Şekil Değiştirme

Not: K.A. örnek çekildikçe değişir.

• Gerçek gerilme

• Gerçek şekil değ.

i G

F

A

o i G

ln

ln

1

1

G G

Adapted from Fig. 6.16, Callister & Rethwisch 8e.

(28)

Chapter 6 - 28

Pekleştirme

• gerilme –şekil değiştirme eğrisinin boyun vermeye başladığı noktaya kadar ki değişim :

T

K

T n

“gerçek ” gerilme (F/A) “gerçek” şekil değ.: ln(L/Lo)

Pekleşme üsteli:

n = 0.15 (bazı çelikler)

to n = 0.5 (bazı bakırlar)

y

nin plastik deformasyon sonucu artması.

büyük pekleştirme

küçük pekleştirme

y

0

y

(29)

Chapter 6 - 29

Malzeme Özelliklerinin Değişimi

• Elastik modülü malzemenin bir özelliğidir.

• Kritik özellikler malzemede var olan hatalardan

(kusurlar, homojen olamama, v.b.). Örnekten örneğe

değişim görülür.

• İstatistik:

– Ortalama

– Standart Sapma

s

n

x

i

x

2

n 1

1 2

n

x

x

n n

(30)

Chapter 6 - 30

• Tasarım belirsizliği sınırları zorlamamaktır.

Emniyet katsayısı, S

S

Ak em S genelde 1.2 ve 4 arasındadır.

• Örnek:

Aşağıda görülen 1045 karbon çeliği akma gerilimi

oluşturmayacak uygun çapını hesaplayınız. Emniyet katsayısını 5 alınız.

Tasarım ve Emniyet Faktörleri

220,000N

d

2

/ 4

5

S

Ak em 1045 karbon çelik: y = 310 MPa TS = 565 MPa F = 220,000N

d

L o

d = 0.067 m = 6.7 cm

(31)

Chapter 6 - 31

• Gerilme ve birim şekil değiştirme: Yükün ve yerdeğiştirmenin, boyuttan bağımsız ölçümleridir.

• Elastik davranış: Bu geri dönüşebilen davranış genel

olarak gerilme ve birim şekil değiştirmede lineer ilişki

gösterir. Deformasyonu minumuma indirgemek için, büyük elastik modülü (E veya G) olan malzeme seçilir.

• Tokluk: Malzemenin kırılmadan enerji absorbe etme kabiliyeti

• Süneklik: Kopma anında plastik birim şekil değişimi.

Özet

• Plastik davranış: Bu kalıcı deformasyon çekme (veya

Referanslar

Benzer Belgeler

A potential cause of the relationships between accountability PO and unpleasantness workaholism and between territoriality PO and work perfectionism could be the

[r]

rek vardığı - ve belki sonra sev­ diği - ikinci kocası Nuri paşa da hayli bir zamanın geçişini mütea­ kip ve sultan Hamit tarafından sürgüne buradan

Şekil 2.2 Simetrik olarak yüklenmiş devrim kabuklarının analizi için diyagramlar: (a) kabuğun geometrisi; (b) bir kabuk elemanı üzerinde etkiyen membran kuvvetleri (birim

• Ekstrüzyon, haddeleme v.d gibi sıcak şekil verme usullerinden herhangi biri ile imal edilen borularda daha sonra çoğu zaman çekme işlemi uygulanarak boyut

Termal burkulma mod Ģekillerini, termal uzama ve termal gerilme değerlerini belirlemek için deney koĢullarına bağlı olarak bir sonlu elemanlar modeli tasarlanmıĢ düĢük katman

(a) ekstrüzyon oranını, (b) şekil faktörünü, (c) Silindirde kalan malzeme uzunluğu 300 mm iken ekstrüzyon sırasındaki koçun ileri hareketini sağlayabilmek

 Perçinlerin levhalar içinde kalan yüzeylerine veya levhaların delik kesitlerine etki eden basınca Delik basıncı veya birim alana isabet eden bu basınca da Delik basınç