HOOFDSTUK 2: EIGENSCHAPPEN EN MECHANISCHE BEPROEVING
1. CONCEPTEN
Producteigenschappen = Materiaaleigenschappen en geometrie
Materiaaleigenschappen = Structuur van het materiaal
verwijzen naar functonele eisen/ weerstand tegen
Fabricage-eisen = afgeleide van ME = baarheden (lasbaarheid, polijstbaarheid, gietbaarheid)
Normen (standards): ISO (EU) ; ASTM (AM)
= gedetailleerde beschrijving van beproevings- en omrekenmethode, op proefstukken met
gestandaardiseerde afmetngen
2. MATERIALEN EN ONTWERPEN
Fysieke eigenschappen
vb.: dichtheid
Mechanische eigenschappen
vb.: sterkte, fexibiliteit
Thermische eigenschappen
vb.: uitzetng, geleiding, smeleemperatuur
3. DEFINITIES
Belastingsgevallen + elastische cte
Trek - E
Afschuiving – G (glijdingsmodulus)
(Alzijdige) druk – K (compressiebiliteitsmodulus)
Alle andere gevallen zijn varianten op deze drie (vb.: torsie, buiging - E, druk - E, indrukking)
Elastische constanten
= de beginhelling van de curve die het verband maakt tussen een opgelegde vervorming en de daar
bijhorende spanning
eerst lineair (ax+b, met a materiaalcte)
Rek
= vervorming per eenheid van lengte bij trek en druk
[E] = elastciteitsmodulus
Isotrope stof
= in alle richtngen dezelfde eigenschappen (Etrek = Edruk = Ebuiging)
2G(1+v) = 3K(1-2v)
Elastische vervorinng
omkeerbaar, keert terug naar oorspronkelijke vorm na wegvallen van de spanning =
recupereerbaar, ook wnr PV volgt
stjfheid = weerstand tegen elastsche vervorming
,Plastische vervorinng
blijvend, niet gerecupereerd
vb. Kreukzone bij auto, materiaal vangt energie van botsing op, zodat inzieende minder schade
opvangt (positef)
!!Altiijd eerst elastisch dan pas plastisch!!
4. TERMINOLOGIE
Sterkte
verwijst naar breuksterkte, vloeigrens, treksterkte
kracht die een staaf per eenheid van oppervlak kan dragen
Ontwerpsterkte = belastbaarheid met een kracht, gedeeld door het oppervlak waarop die kracht
werkt
metalen: ontwerpsterkte = spanning bij blijvende vervorming: de 0,2%-rekgrens ( )
breuksterkte = sterkte waarbij uiteindelijk breuk optreedt, voor metalen is deze hoger dan de yield
stress
Trekproef en trekrekdnagrai
methode om een materiaal te karakteriseren
Werkwijze:
1) Specimen (sample) dat ‘dogbone’ shape heef op trekbank tss twee klemmen (clamps). Sterkere
materialen ronde vorm, zwakkere materialen rechthoekige vorm
2) 1 klem beweegt, 1 heef krachtsensor (load cell) opgebouwd uit piezokristallen, genereren een
elektrische lading proportoneel aan de kracht die w uitgevoerd
3) Verplaatsing w waargenomen, verlenging correct meten moet met een extensiometer
4) Losse klem, snelheid of kracht gestuurd (cte)
5) Spanning (stress) met de gemeten kracht y-as en rek (strain) met de gemeten verlenging x-as
=> trek-rek curve opgesteld (stress-strain), toont de versch materiaaleig.
1e stadium vd proef: EV: spanning weggenomen: oorspronkelijke vorm terug
= initile respons altjd elastsch, proportoneel en beschreven door modulus
2e stadium: PV: blijvend
meestal is de curve lineair in el. Gebied, helling veranderd in pl. Gebied
Proportonaliteitsgrens = einde lineair gebied, spanning tot waar wet van Hooke geldt
Elastciteitsgrens = spanning tot waar volledig herstel optreedt na rekken = vloeigrens =
spanning bij de overgang van de twee gebieden = yield stress, vloeispanning, wanneer de
spanning deze vloeigrens overschrijdt begint de PV
Na inzet PV kan nog altjd spanning opgenomen worden
spanning bij hoogst gemeten kracht = treksterkte
spanning waarbij materiaal breekt = breukspanning
Ductliteit = de mate waarin een materiaal plastsche vervorming kan opnemen
,%EL = 100% x (lf – l0)/ l0 (hoeveelheid verlenging)
%AR = 100% x (Af – Ao)/ Ao (hoeveelheid oppervlaktereducte)
F is de waarde bij breuk, 0 de oorspronkelijke waarde
Materiaal dat veel Pv aankan voor het breekt is ductel, <-> bros:
Helling van de curve = Elastciteitsmodulus E = trekmodulus = Young’s modulus
Materialen met hoge bindingsenergie: hoge waarde voor E: steiler
Bepaalt stjfheid van een materiaal
E=
! Spanning staat in verhouding met de startdoorsnede van materiaal en niet met de actuele
doorsnede => spanning daalt tss trek en breukspanning
(werkelijk) =
Offset methode: Rek gelijk aan 0,002, rechte evenwijdig aan raaklijn in oorsprong, snijpunt met
curve is offset vloeigrens = spanning bij 0,2% rek
Bros en ductiel
Ductliteit = Hoeveelheid plastsche vervorming die je kan waarnemen
Breukrek is een maat
Bros = wanneer een materiaal lage of geen ductliteit heef
een zuiver bros materiaal heef lineair diagram (lijn met kleine buiging op einde is ook bros)
meeste materialen hebben toch minstens een deel ductel gedrag
5. CORRECT METEN VAN REK
Er ioet rekennng gehouden worden iet het fent dat elastische vervorinng recupereert!
We maken gebruik van een extensometer
Insnoernng/ Necknng
Bij ductele materialen, snoert in op zwakke plaatsen
o = F/A0, F is gemeten, Ao is startwaarde
Bij het insnoeren daalt Ai => F daalt om spanning cte te houden
MAAR Ai wordt niet verwerkt, F wel, waardoor de spanning daalt en de curve daalt
True Stress & Strain: geen daling van de curve
Ponsson’s Ratio
Bepaalt verhouding tussen rek en insnoering = langsrek vs dwarsrek => v = - εx/εy
Alleen te bepalen indien insnoering gemeten is
Bij meeste materialen is v>0
, Bij isotrope stoffen: -1<v<1/2 want G=E/2(1+v) en K=E/3(1-2v)
Perfecte isotrope materialen: v=0,25, veel materialen: v=0,3
Vloengrens – Metalen
upper en lower yield stress (upper = lokaal max.)
ontstressing tussen deze twee punten, materiaal verandert
Vloengrens – Polyieren
lange ketens in polymeer rekken zich uit, materiaal verandert
Modulus bepalen
Als er geen lineair deel is: 1) Raaklijn in de oorsprong
2) Raaklijn in een ander punt
3) Rechte lijn tss twee punten
Energne en spannnng-rek
Elastsche energie eE = opp. Onder elastsch deel van de curve = #E dat een materiaal kan
opnemen zonder permanent te veranderen = resiliinte
Opp. Onder hele curve = #E die een materiaal kan absorberen voor het breekt = taaiheid = maat
voor de weerstand tegen impact
6. DRUK EN BUIGING
Drukproef
zelfde apparaat, andere opstelling / veel materialen gedragen zich hetzelfde in druk als in trek
componenten bepalen zoals bij trek
Verschillende mogelijkheden:
Buckling:
Shearing:
Double barreling
Barreling:
Homogenous compression:
Compressive instability:
Bungnng
Gekend: dimensies staaf en overspanning L / Gemeten: kracht en doorbuiging
Buigsterkte of = 3FfL/2wh² (Ff: kracht bij falen/ L: overspanning/ h: dikte proefstuk)
Buigmodulus Ef = FfL³/4wh³o (w: breedte van de proefstaaf)
1. CONCEPTEN
Producteigenschappen = Materiaaleigenschappen en geometrie
Materiaaleigenschappen = Structuur van het materiaal
verwijzen naar functonele eisen/ weerstand tegen
Fabricage-eisen = afgeleide van ME = baarheden (lasbaarheid, polijstbaarheid, gietbaarheid)
Normen (standards): ISO (EU) ; ASTM (AM)
= gedetailleerde beschrijving van beproevings- en omrekenmethode, op proefstukken met
gestandaardiseerde afmetngen
2. MATERIALEN EN ONTWERPEN
Fysieke eigenschappen
vb.: dichtheid
Mechanische eigenschappen
vb.: sterkte, fexibiliteit
Thermische eigenschappen
vb.: uitzetng, geleiding, smeleemperatuur
3. DEFINITIES
Belastingsgevallen + elastische cte
Trek - E
Afschuiving – G (glijdingsmodulus)
(Alzijdige) druk – K (compressiebiliteitsmodulus)
Alle andere gevallen zijn varianten op deze drie (vb.: torsie, buiging - E, druk - E, indrukking)
Elastische constanten
= de beginhelling van de curve die het verband maakt tussen een opgelegde vervorming en de daar
bijhorende spanning
eerst lineair (ax+b, met a materiaalcte)
Rek
= vervorming per eenheid van lengte bij trek en druk
[E] = elastciteitsmodulus
Isotrope stof
= in alle richtngen dezelfde eigenschappen (Etrek = Edruk = Ebuiging)
2G(1+v) = 3K(1-2v)
Elastische vervorinng
omkeerbaar, keert terug naar oorspronkelijke vorm na wegvallen van de spanning =
recupereerbaar, ook wnr PV volgt
stjfheid = weerstand tegen elastsche vervorming
,Plastische vervorinng
blijvend, niet gerecupereerd
vb. Kreukzone bij auto, materiaal vangt energie van botsing op, zodat inzieende minder schade
opvangt (positef)
!!Altiijd eerst elastisch dan pas plastisch!!
4. TERMINOLOGIE
Sterkte
verwijst naar breuksterkte, vloeigrens, treksterkte
kracht die een staaf per eenheid van oppervlak kan dragen
Ontwerpsterkte = belastbaarheid met een kracht, gedeeld door het oppervlak waarop die kracht
werkt
metalen: ontwerpsterkte = spanning bij blijvende vervorming: de 0,2%-rekgrens ( )
breuksterkte = sterkte waarbij uiteindelijk breuk optreedt, voor metalen is deze hoger dan de yield
stress
Trekproef en trekrekdnagrai
methode om een materiaal te karakteriseren
Werkwijze:
1) Specimen (sample) dat ‘dogbone’ shape heef op trekbank tss twee klemmen (clamps). Sterkere
materialen ronde vorm, zwakkere materialen rechthoekige vorm
2) 1 klem beweegt, 1 heef krachtsensor (load cell) opgebouwd uit piezokristallen, genereren een
elektrische lading proportoneel aan de kracht die w uitgevoerd
3) Verplaatsing w waargenomen, verlenging correct meten moet met een extensiometer
4) Losse klem, snelheid of kracht gestuurd (cte)
5) Spanning (stress) met de gemeten kracht y-as en rek (strain) met de gemeten verlenging x-as
=> trek-rek curve opgesteld (stress-strain), toont de versch materiaaleig.
1e stadium vd proef: EV: spanning weggenomen: oorspronkelijke vorm terug
= initile respons altjd elastsch, proportoneel en beschreven door modulus
2e stadium: PV: blijvend
meestal is de curve lineair in el. Gebied, helling veranderd in pl. Gebied
Proportonaliteitsgrens = einde lineair gebied, spanning tot waar wet van Hooke geldt
Elastciteitsgrens = spanning tot waar volledig herstel optreedt na rekken = vloeigrens =
spanning bij de overgang van de twee gebieden = yield stress, vloeispanning, wanneer de
spanning deze vloeigrens overschrijdt begint de PV
Na inzet PV kan nog altjd spanning opgenomen worden
spanning bij hoogst gemeten kracht = treksterkte
spanning waarbij materiaal breekt = breukspanning
Ductliteit = de mate waarin een materiaal plastsche vervorming kan opnemen
,%EL = 100% x (lf – l0)/ l0 (hoeveelheid verlenging)
%AR = 100% x (Af – Ao)/ Ao (hoeveelheid oppervlaktereducte)
F is de waarde bij breuk, 0 de oorspronkelijke waarde
Materiaal dat veel Pv aankan voor het breekt is ductel, <-> bros:
Helling van de curve = Elastciteitsmodulus E = trekmodulus = Young’s modulus
Materialen met hoge bindingsenergie: hoge waarde voor E: steiler
Bepaalt stjfheid van een materiaal
E=
! Spanning staat in verhouding met de startdoorsnede van materiaal en niet met de actuele
doorsnede => spanning daalt tss trek en breukspanning
(werkelijk) =
Offset methode: Rek gelijk aan 0,002, rechte evenwijdig aan raaklijn in oorsprong, snijpunt met
curve is offset vloeigrens = spanning bij 0,2% rek
Bros en ductiel
Ductliteit = Hoeveelheid plastsche vervorming die je kan waarnemen
Breukrek is een maat
Bros = wanneer een materiaal lage of geen ductliteit heef
een zuiver bros materiaal heef lineair diagram (lijn met kleine buiging op einde is ook bros)
meeste materialen hebben toch minstens een deel ductel gedrag
5. CORRECT METEN VAN REK
Er ioet rekennng gehouden worden iet het fent dat elastische vervorinng recupereert!
We maken gebruik van een extensometer
Insnoernng/ Necknng
Bij ductele materialen, snoert in op zwakke plaatsen
o = F/A0, F is gemeten, Ao is startwaarde
Bij het insnoeren daalt Ai => F daalt om spanning cte te houden
MAAR Ai wordt niet verwerkt, F wel, waardoor de spanning daalt en de curve daalt
True Stress & Strain: geen daling van de curve
Ponsson’s Ratio
Bepaalt verhouding tussen rek en insnoering = langsrek vs dwarsrek => v = - εx/εy
Alleen te bepalen indien insnoering gemeten is
Bij meeste materialen is v>0
, Bij isotrope stoffen: -1<v<1/2 want G=E/2(1+v) en K=E/3(1-2v)
Perfecte isotrope materialen: v=0,25, veel materialen: v=0,3
Vloengrens – Metalen
upper en lower yield stress (upper = lokaal max.)
ontstressing tussen deze twee punten, materiaal verandert
Vloengrens – Polyieren
lange ketens in polymeer rekken zich uit, materiaal verandert
Modulus bepalen
Als er geen lineair deel is: 1) Raaklijn in de oorsprong
2) Raaklijn in een ander punt
3) Rechte lijn tss twee punten
Energne en spannnng-rek
Elastsche energie eE = opp. Onder elastsch deel van de curve = #E dat een materiaal kan
opnemen zonder permanent te veranderen = resiliinte
Opp. Onder hele curve = #E die een materiaal kan absorberen voor het breekt = taaiheid = maat
voor de weerstand tegen impact
6. DRUK EN BUIGING
Drukproef
zelfde apparaat, andere opstelling / veel materialen gedragen zich hetzelfde in druk als in trek
componenten bepalen zoals bij trek
Verschillende mogelijkheden:
Buckling:
Shearing:
Double barreling
Barreling:
Homogenous compression:
Compressive instability:
Bungnng
Gekend: dimensies staaf en overspanning L / Gemeten: kracht en doorbuiging
Buigsterkte of = 3FfL/2wh² (Ff: kracht bij falen/ L: overspanning/ h: dikte proefstuk)
Buigmodulus Ef = FfL³/4wh³o (w: breedte van de proefstaaf)
