Mekanik

Bir malzemenin mekanik davran denince malzemeye uygulanan yük ile olu an deformasyon aras ndaki ili ki anla lmal d r. Bölüm 6: Mekanik Özellikler LENECEK KONULAR... • Gerilme ve deformasyon oran : Nedir ve neden yük ile deformasyon yerine kullan lmaktad r? • Elastik davran : Küçük yükler alt nda ne kadar deformasyon olu ur? Hangi malzemeler az deforme olur? • Plastik davran : Hangi noktada kal c deformasyon olu ur? Hangi malzemeler kal c deformasyon yapmazlar? • Tokluk ve süneklik: Nedir ve nas l ölçülür? Malzemelerin mekanik özellikleri kullan m ko ullar na mümkün olan en yak n artlar alt nda gerçekle tirilen laboratuvar deneyleri ile belirlenir (uygulanan yükün özellikleri ve etki süresi, çevre ko ullar ). •Çekme, bas nç ve kesme yükleri uygulanabilir, •Bu yüklerin iddeti zamanla de i meyebilece i gibi sürekli dalgalanma halinde de olabilir. •Etki süresi bir saniyeden az olabilir veya y llar sürebilir. •Ortam s cakl önemli bir etken olabilir. 1 2 Elastik Deformasyon 1. Ba lang ç Plastik Deformasyon (Metaller) 1.Ba lang ç 3. Bo altma 2. Küçük yükler 2. Yükleme 3. Bo altma ba lar uzar & düzlemler kayar ba lar uzar düzlemler kaym olarak kal r lk konuma dönü plastik elastik + plastik F F F Lineerelastik Elastik, tersinir demektir! F Non-Lineerelastik Plastik kal c demektir! lineer elastik lineer elastik plastik 3 4 Gerilme Durumlar Mühendislik Gerilmesi • çekme gerilmesi, : Ft Ft F = t = Ao Ft Alan, Ao Alan, Ao N m2 Yüklemeden önceki ilk alan • Basit çekme: kablo • Kayma gerilmesi, : F Fs F Ao Fs = Fs Ao F F F A o = kesit alan (yükleme öncesi) • Burulma (bir tür kayma): döndürme aks Ft M Ac Gerilme birimi: N/m2 M 5 Fs Kayak lifti (foto raf P.M. Anderson izniyle) Ao Fs Ao 2R Not: Burada = M/AcR. 6 Di er Gerilme Durumlar (i) Di er Gerilme Durumlar (ii) • Tek eksenli bas nç: • ki eksenli çekme: • Hidrostatik bas nç: Ao Canyon Köprüsü, Los Alamos, NM (foto raf P.M. Anderson izniyle) F Ao Balanced Rock, Arches National Park (photo courtesy P.M. Anderson) Bas nç tank Not: bas nca maruz kalan eleman (burada < 0). Su alt ndaki bal k >0 z >0 h< 0 7 Deformasyon Oran • Çekmede def. oran : 8 Gerilme – Deformasyon Oran Deneyi • Yanal def. oran : • Çekme deney cihaz /2 Lo L Lo wo • Çekme numunesi Yük hücresi L wo ekstensometre numune L/2 • Kaymada def. oran : x 90º - y ölçüm uzunlu u Hareket eden birim = x/y = tan Deformasyon oran boyutsuzdur. 90º 9 10 Mekanik Özellikler Lineer Elastiklik • Elastisite modülü ile do ru orant l olan gerilme – deformasyon oran e risinin e imi metalin ba dayan m na ba l d r • Elastisite Modülü, E: (Young modülü olarak da bilinir) • Hooke Yasas : =E Kuvvetli ba lar F Lineerelastik Kuvvet, F E Uzama, r F basit çekme deneyi Zay f ba lar 11 Adapted from Fig. 6.7, Callister & Rethwisch 8e. 12 Young Modülü: kar la t rma Plastik (Kal c ) Deformasyon Grafit Metaller Kompozitler Seramikler Polimerler Ala mlar /lifler Y.iletkenler Elastik+Plastik 100 80 60 40 Si carbide Al oxide Si nitride CFRE(|| fibers)* <111> Si crystal Aramid fibers only <100> A FRE(|| fibers)* Glass -soda Glass fibers only GFRE(|| fibers)* Beton Pa GFRE* 20 CFRE * GFRE( fibers)* Grafit 10 8 6 4 Polyester PET PS PC 2 CFRE( fibers) * AFRE( fibers) * Epoxy only Kal c (plastik) yük kald r ld nda PTF E Wood( plastik deformasyon grain) LDPE 0.2 13 Akma Dayan m , Akma Dayan m : Kar la t rma Çekme gerilmesi, Metaller Ala mlar 2000 = akma dayan m Deformasyon oran , = 0.002 1000 300 15 Çekme Dayan m , ÇD Al (6061) ag Steel (1020) hr Ti (pure) a Ta (pure) Cu (71500) hr 100 70 60 50 40 Al (6061) a 30 20 Boyun – gerilme y lmas na neden olur strain engineering strain • Metaller: belirgin bir boyun olu umu ba lad de er. • Polimerler: polimer zincirleri yönlendi inde ve kopma durumuna geldi indeki de er. 17 5000 Çekme dayan m , ÇD (MPa) Typical response of a metal 200 Ti (5Al-2.5S n) a W (pure) Cu (71500) cw Mo (pure) Steel (4140) a Steel (1020) cd ¨ Tin (pure) dry PC Nylon 6,6 PET humid PVC PP HDPE Kompozitler /lifler Oda s cakl de erlerdir ndaki a = tavlanm hr = s cak i lenmi ag = ya land r lm cd = so uk çekilmi cw = so uk i lenmi qt = su verilmi & sertle tirilmi LDPE 16 Çekme Dayan m : Kar la t rma F = kopma veya son dayan m y 700 600 500 400 10 • Mühendislik gerilmesi-deformasyon oran e risindeki en büyük gerilme de eridir. ÇD Grafit Seramikler Polimerler Y.iletkenler Steel (4140) qt Akma dayan m , y y 14 y • belirgin miktarda plastik deformasyon olu turan gerimeye denir. p = 0.002 mühendislik gerilmesi Deformasyon oran , p PP HDP E 1 0.8 0.6 0.4 p ba lang çta elastik Kompozitlerle ilgili veriler hacimce %60 oran nda farkl türde lif içeren epoksi için geçerlidir karbon (CFRE), aramid (AFRE), Cam (GFRE) lifler. (MPa) 109 Mühendislik gerilmesi, Sadece karbon lifler K r lma akma olmadan gerçekle ti i için , ölçmek çok zor 200 Tungsten Molybdenum Steel, Ni Tantalum Platinum Cu alloys Zinc, Ti Silver, Gold Aluminum Magnesium, Tin y E(GPa) • Basit çekme deneyi: Diamond Hem seramik hem epoksi matrisli kompozitlerde çekme etkisinde k r lma akma olmadan gerçekle ti i için ölçmek çok zor 1200 1000 800 600 400 3000 2000 1000 300 200 100 40 30 Metaller Ala mlar Grafit Seramikler Polimerler Y.iletkenler C fibers Aramid fib E-glass fib Steel (4140) qt W (pure) Ti (5Al-2.5S n) a Steel (4140) a Cu (71500) cw Cu (71500) hr Steel (1020) Al (6061) ag Ti (pure) a Ta (pure) Al (6061) a AFRE(|| fiber) GFRE(|| fiber) CFRE(|| fiber) Diamond Si nitride Al oxide Si crystal <100> Glass-soda Concrete Nylon 6,6 PC PET PVC PP HDPE 20 Kompozitler /lifler ndaki a = tavlanm hr = s cak i lenmi ag = ya land r lm cd = so uk çekilmi cw = so uk i lenmi qt = su verilmi & sertle tirilmi wood(|| fiber) GFRE( fiber) CFRE( fiber) AFRE( fiber) Graphite LDPE 10 wood ( 1 Oda s cakl de erlerdir Kompozitlerle ilgili veriler hacimce %60 oran nda farkl türde lif içeren epoksi için geçerlidir karbon (CFRE), aramid (AFRE), Cam (GFRE) lifler. fiber) 18 Tokluk Süneklik • Kopma an ndaki plastik deformasyon: Çekme gerilmesi , Lf %EL Lo Lo x 100 Küçük %EL • birim hacimdeki malzemeyi k rmak için gerekli enerji. • yakla k olarak gerilme-deformasyon oran e risi alt nda kalan alana e ittir. Dü ük tokluk (seramikler) Büyük %EL Lo Çekme gerilmesi, Ao Af Yüksek tokluk(metaller) Lf Çok dü ük tokluk (güçlendirilmemi polimerler) Deformasyon oran , Deformasyon oran , • Bir ba ka süneklik ölçütü: %RA = Ao - Af x 100 Ao Gevrek k r lma: elastik enerji sünek k r lma: elastik + plastik enerji 19 20 Sertlik Sertlik: ölçüm • Yüzeyde iz b rakacak batma etkisine kar • Yüksek sertli in anlam : direnç. Table 6.5 -- bas nç etkisi alt nda kal c deformasyon veya çatlamaya kar direncin yüksek ve -- a nmaya kar dayan kl olmas d r. Belirli bir yük Yük kald r ld nda kürenin b rakt izin çap Ör: 10 mm küre d D pirinç Kolay i lenebilir plastikler Al ala mlar çelikler törpüler Küçük iz yüksek sertlik anlam na gelir kesici nitritli parçalar çelikler elmas Artan sertlik 21 Özet • gerilme ve deformasyon oran : s ras yla yük ve deformasyonun boyuttan ba ms z hale getirilmi kavramlard r. • elastik davran : tersinir özellikteki bu davran ta gerilme ile deformasyon oran aras nda do rusal bir ili ki görülür. Deformasyonu azaltmak için, elastisite modülü (E veya G) yüksek malzeme seçmek gerekir. • plastik davran : kal c deformasyon olu turan bu davran , tek eksenli çekme (veya bas nç) gerilmesi y de erine ula t nda görülür. • tokluk: birim hacimdeki malzemeyi k rmak için gerekli enerjidir. • süneklik: k r lma an ndaki kal c deformasyon oran . 23 22