Forța specifică

Rezistența specifică  - rezistența la tracțiune a unui material, raportată la densitatea acestuia . Arată cât de puternică va fi structura pentru o anumită masă.

Unitatea de măsură este / s² .

Rezistența specifică caracterizează avantajul de greutate al unui material dat sub forma unei tije de tracțiune-compresie în comparație cu alte materiale cu aceeași rezistență pentru toate materialele. În acest caz, greutatea tijei va fi invers proporțională cu rezistența specifică a materialului. Ultima prevedere fără rezerve poate fi aplicată tijelor care lucrează în tensiune, compresie simplă și forfecare. În cazurile de încovoiere, torsiune și flambaj, formulele de rezistență specifice se bazează pe o condiție suplimentară de similitudine geometrică a secțiunilor tijelor din materialele comparate. În consecință, cu rezistență egală, o tijă al cărei material are o rezistență specifică mai mare va fi ușoară în masă.

Rezistența specifică a materialelor este deosebit de importantă pentru industria aeronautică, știința rachetelor și navele spațiale. Prin urmare, este dat în caracteristicile atunci când alegeți un material pentru elementele structurale ale aeronavei. Cu cât rezistența specifică a materialului este mai mare, cu atât mai puțină masă poate avea elementul structural, lucrează în tensiune sau compresiune. Atunci când alegeți un material pentru un element cu o formă predeterminată (și uneori anumite dimensiuni) a secțiunii transversale, lucrând în încovoiere, flambaj sau torsiune, este necesar să folosiți expresii matematice care determină rezistența specifică pentru aceste tipuri de sarcini. [unu]

Dacă împărțim puterea specifică la accelerația gravitațională , atunci obținem lungimea maximă a unui fir dintr-un material de secțiune transversală constantă, care într-un câmp gravitațional uniform poate atârna vertical în jos, fără a se rupe sub propria greutate. Pentru oțeluri, această lungime este de până la 26 km [2] .

Rezistența specifică la tracțiune a materialelor structurale

Material Stresul admisibil, MPa Densitate, g/cm³ Rezistența specifică, (kN m/kg Lungimea decalajului din propria greutate, km Sursă
Beton 12 2.30 4.35 0,44
Cauciuc cincisprezece 0,92 16.3 1,66
Cupru 220 8,92 24.7 2.51
Bronz 580 8.55 67,8 6,91 [3]
Nailon 78 1.13 69,0 7.04 [patru]
Stejar 90 0,78-0,69 115-130 12-13 [5]
Polipropilenă 25-40 0,90 28-44 2,8—4,5 [6]
Magneziu 275 1,74 158 16.1 [7]
Aluminiu 600 2,80 214 21.8 [opt]
Oţel inoxidabil 2000 7,86 254 25.9 [opt]
Titan 1300 4,51 288 29.4 [opt]
Beinit 2500 7,87 321 32.4 [9]
Balsa 73 0,14 521 53.2 [zece]
Sârmă de oțel Scifer 5500 7,87 706 71.2 [9]
CFRP 1240 1,58 785 80,0 [unsprezece]
fir de pânză de păianjen 1400 1.31 1069 109
fibră de carbură de siliciu 3440 3.16 1088 110 [12]
Fibra de sticla 3400 2,60 1307 133 [opt]
Fibră de bazalt 4840 2,70 1790 183 [13]
Mustata de fier 1 micron 14 000 7,87 1800 183 [9]
Vectran 2900 1.40 2071 211 [opt]
Kevlar49 3000 1.44 2083 212 [paisprezece]
Fibră de carbon (AS4) 4300 1,75 2457 250 [opt]
Polietilenă cu greutate moleculară ultra mare de înaltă densitate 3600 0,97 3711 378 [cincisprezece]
Polimer Zylon 5800 1,54 3766 384 [16]
nanotuburi de carbon 62 000 0,037-1,34 peste 46 268 peste 4716 [17] [18]
Tuburi de carbon colosale 6900 0,116 59 483 6066 [19]

Note

  1. Chumak P.I., Krivokrysenko V.F. Calculul și proiectarea aeronavelor ultrauşoare. — M.: Patriot, 1991. — 238 p. - C. 87. - ISBN 5-7030-0224-9 .
  2. Comparația proprietăților diferitelor materiale de inginerie  (engleză)  (link nu este disponibil) . Consultat la 24 aprilie 2010. Arhivat din original pe 11 martie 2006.
  3. RoyMech: Aliaje de cupru (link indisponibil) . Preluat la 10 septembrie 2019. Arhivat din original la 17 iulie 2011. 
  4. Poliamidă Nylon 6 . Preluat la 10 septembrie 2019. Arhivat din original la 17 aprilie 2019.
  5. Proprietățile mecanice ale lemnului . Preluat la 10 septembrie 2019. Arhivat din original la 10 octombrie 2018.
  6. Polipropilenă . Preluat la 10 septembrie 2019. Arhivat din original la 7 august 2018.
  7. eFunda: Aliaje de magneziu . Preluat la 10 septembrie 2019. Arhivat din original la 13 martie 2019.
  8. 1 2 3 4 5 6 Proprietăți de tracțiune fibre de vectran . grupul Kuraray . Consultat la 29 decembrie 2013. Arhivat din original la 30 decembrie 2013.
  9. 1 2 3 52nd Hatfield Memorial Lecture: "Large Chunks of Very Strong Steel" Arhivat 23 decembrie 2012. de HKDH Bhadeshia 2005
  10. Lemn de balsa tropicală . Preluat la 10 septembrie 2019. Arhivat din original la 2 aprilie 2015.
  11. McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, Ediția a 8-a, 1997, vol. 1, p. 375
  12. Specialty Materials, Inc. SCS Silicon Carbide Fibres (link indisponibil) . Preluat la 10 septembrie 2019. Arhivat din original la 4 aprilie 2018. 
  13. Properties Of Basalt Fiber Arhivat 4 septembrie 2014  .
  14. Ghid tehnic KEVLAR (link descendent) . Preluat la 10 septembrie 2019. Arhivat din original la 27 mai 2013. 
  15. Fibră Dyneema . Preluat la 10 septembrie 2019. Arhivat din original la 28 octombrie 2015.
  16. Toyobo Co., Ltd. ザイロン (PBO 繊維)技術資料 (2005) (descărcare gratuită PDF). Consultat la 29 decembrie 2013. Arhivat din original la 26 aprilie 2012.
  17. Yu, Min-Feng; Lourie, O.; Dyer, MJ; Moloni, K.; Kelly, T. F.; Ruoff, RS Rezistența și mecanismul de rupere a nanotuburilor de carbon multipereți sub sarcină de tracțiune  (engleză)  // Știință : jurnal. - 2000. - Vol. 287 , nr. 5453 . - P. 637-640 . - doi : 10.1126/science.287.5453.637 . - Cod biblic . — PMID 10649994 .
  18. K.Hata. De la sinteză CNT extrem de eficientă, fără impurități, până la păduri DWNT, CNTsolids și super-condensatori (descărcare gratuită PDF)  (link indisponibil) . Preluat la 10 septembrie 2019. Arhivat din original la 15 decembrie 2018.
  19. Peng, H.; Chen, D.; , Huang JY şi colab. Tuburi de carbon colosale puternice și ductile, cu pereți de macropori dreptunghiulari  //  Phys . Rev. Lett.  : jurnal. - 2008. - Vol. 101 , nr. 14 . — P. 145501 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.101.145501 . - Cod . — PMID 18851539 .