F - Høgskolen i Narvik - hovedside
F - Høgskolen i Narvik - hovedside
F - Høgskolen i Narvik - hovedside
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Mekanisk belastning<br />
av konstruksjonsmaterialer<br />
Typer av brudd<br />
av<br />
Førstelektor Roar Andreassen<br />
<strong>Høgskolen</strong> i <strong>Narvik</strong><br />
1
KONSTRUKSJONSMATERIALENE<br />
• Metaller<br />
– Er oftest duktile = kan endre form uten å briste, dvs. de<br />
kan flyte. Ved ”herding” (kaldsmiing, div.<br />
varmebehandlinger mm) økes flytegrensen, duktiliteten<br />
går ned, metallet kan bli sprøtt<br />
• Keramer og glasser<br />
– Kan ikke formes, er sprø. En del er veldig harde<br />
(slitesterke)<br />
• Polymermaterialer (plast og gummi)<br />
– Svært formbare. Tåler mindre last enn gode metaller,<br />
mye mykere enn harde keramer<br />
• Kompositter<br />
– Eks. glassfiberarmert plast, stålarmert betong<br />
– Forbedrer egenskapene i forhold til komponentene som<br />
inngår<br />
2
Metaller<br />
Herdet stål<br />
Konstruksjonsstål<br />
<br />
Ved herding:<br />
E-modulen er den samme<br />
Flytegrensen er økt<br />
Evnen til å absorbere arbeid ved<br />
plastisk deformasjon er minsket<br />
F<br />
Arbeid, W<br />
Forskyvning, vei<br />
W F s<br />
dW F ds<br />
W F ds<br />
<br />
<br />
l<br />
0<br />
Arealet<br />
3
Glasser og keramer<br />
• er sprø – dvs. tåler ikke strekkrefter, heller ikke bøying<br />
strekk<br />
• Sprø materialer tåler mye høyere trykk enn strekk, typisk<br />
15 ganger mer for mange keramer<br />
4
Duktilitet<br />
5
Bruddanvisning<br />
meget høye lokale<br />
spenninger<br />
Sprøtt vs. duktilt material<br />
strekk<br />
Bruddanvisningen mister<br />
sin skarphet pga. flyt.<br />
Langt lavere lokale<br />
spenninger<br />
6
Alle materialer har defekter<br />
I sprø materialer er det den største<br />
defekten som utløser brudd<br />
-------<br />
Defekter forekommer tilfeldig fordelt i<br />
materialet.<br />
Jo grovere komponent – jo større er det<br />
sannsynlig at den maksimale defekten vil<br />
være. Altså:<br />
En tynn komponent (eks. en glassfiber)<br />
tåler mye større strekkspenning enn en<br />
grov komponent (eks. en glasstav).<br />
---------<br />
Sprø materialer tåler mye høyere trykk<br />
enn strekk, typisk 15 ganger mer.<br />
Brudd i sprøtt material<br />
Bøyeprøving av glasstav<br />
F<br />
L<br />
d<br />
<br />
Sprøtt brudd,<br />
plutselig, uten<br />
varsel, ingen flyt<br />
<br />
7
Defekter er bruddutløsende<br />
Defektene er tilfeldig fordelt, både mht. antall og<br />
størrelse<br />
Sprø materialer får stor spredning i fasthet<br />
Eksempel, simulering av 10 000 prøvinger:<br />
Maksimal bruddlast (sterkeste stav): 1283 N<br />
Minimal bruddlast (svakeste stav): 22 N<br />
Gjennomsnittsverdi (”Bruddmodul”): 51 N<br />
Den nest-sterkeste i serien: 1060 N<br />
Den femte (5.) sterkeste: 450 N<br />
Brudd i sprøtt material<br />
F<br />
L<br />
Bøyeprøving av glasstav<br />
d<br />
8
Brudd i sprøtt material<br />
http://www.msnbc.msn.com<br />
Oct. 1, 2006<br />
Undersøkelsen er ikke<br />
helt ferdig.<br />
Sannsynligvis<br />
utilstrekkelig overlapp i<br />
armering.<br />
Sprekker i betongen (mot<br />
armering) har utviklet seg<br />
til de ble bruddutløsende<br />
9
Polymermaterialer<br />
plast og elastomerer<br />
• Lange molekylkjeder (1000 – 500.000 atomer i rekke)<br />
• De fleste (plast og gummi) har karbon-kjede som<br />
”ryggrad”:<br />
• ----C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-----<br />
• To hovedtyper plast:<br />
• Termoplast – kan smelte (PE, PA, PET…)<br />
• Herdeplast – kan ikke smelte (epoxy, polyester…)<br />
H H <br />
<br />
- C - C -<br />
<br />
<br />
H H n<br />
10<br />
n
d y<br />
i d<br />
F<br />
L<br />
F = 50 N<br />
d y = 10 mm<br />
d i = 9 mm<br />
L = 30 cm<br />
Elastisk bøyning<br />
Plast i forhold til andre materialer<br />
Material Nedbøyning<br />
[mm]<br />
Vekt [g]<br />
Stål 0,8 35<br />
Aluminium 2,4 12<br />
Glassfiber armert<br />
Epoxy<br />
2,8 9<br />
Karbonfiber armert epoxy 0,55 7<br />
Duretan (polyamid)<br />
1 time, 23C<br />
Duretan (polyamid)<br />
100 timer, 23C<br />
Duretan (polyamid)<br />
1 time, 40C<br />
56 5<br />
Ca 100 5<br />
80 5<br />
Plaster har ikke noen bestemt E-modul, og heller ikke noen absolutt<br />
bruddfasthet – Belastningstida har betydelig innvirkning.<br />
11
Plastmaterialers egenskaper<br />
Bayer Duretan A30, en polyamid (PA66-type, termoplast)<br />
Ved beregninger: Hvor stor last? Hvor langvarig last?<br />
Ved hvilken temperatur? Tørt / fuktig miljø?<br />
Plastmaterialer ”siger”<br />
www.campusplastics.com<br />
12
Oppsummering<br />
• Metaller er duktile, de kan flyte og tåler å ha defekter.<br />
De kan herdes, men da må man huske at de mister<br />
duktilitet.<br />
• Plaster er lette og holdbare i mange miljøer. Men de<br />
siger, de må dimensjoneres i forhold til lastens<br />
varighet og temperaturen<br />
• Glasser og keramer er sprø og tåler lite<br />
strekkspenninger. Jo grovere komponenter, jo lavere<br />
spenning tåler de å bli belastet med<br />
• Kompositter kombinerer de beste egenskapene fra<br />
komponentene som inngår. Men egenskapene er<br />
oftest bestemt av belastningenes retning.<br />
13
RA 2006 RA 2004<br />
Andre bruddårsaker<br />
Utmatting<br />
Eks.: Roterende aksel<br />
Spenningsvekslinger<br />
Strekk-trykk-strekk-trykk-…………<br />
14
http://www.disastercity.info<br />
Andre bruddårsaker<br />
Konstruksjonsstål i kulde<br />
Duktil brudd<br />
romtemperatur<br />
RA 2006<br />
RA 2006<br />
Sprøtt brudd, kulde<br />
15
http://www.civil.usyd.edu.au<br />
Andre bruddårsaker<br />
Konstruksjonsstål i sterk varme<br />
http://hms.cobuilder.no/doc/GLAVA<br />
Brannbeskyttelse<br />
Flytegrensen for metaller faller dramatisk ved temperatur over 400 C<br />
16
Change language