Что Такое Прочность Материалов?

Что значит быть сильным?

В спортзале быть сильным означает уметь поднимать больший вес с правильной техникой. Однако материалы должны делать гораздо больше, чем просто выдерживать больший вес.

Является ли способность выдерживать больший вес единственным параметром силы? Источник: wix.com

Вместо этого, вы можете думать о силе (или по-научному, сопротивленти) материалов как о всех способностях спортсмена. Также как некоторые виды спорта требуют одни навыки требуются больше, чем в других, более высокие определенные «прочности» материалов делают их подходящими для определенных применений. Существует множество параметров, которые инженеры рассматривают как «прочность» материалов. Давайте рассмотрим самые основные😜!

Прочность на сжатие — это

... насколько материал прочен, когда его "сдавливают". В зданиях бетон или дерево должны выдерживать вес всего здания и не разрушаться. Бетон, например, обладает такой высокой прочностью на сжатие, потому что его микроскопическая структура очень плотная (с небольшим количеством пустого пространства), и между частицами цемента и воды есть прочные химические связи. Поэтому, чтобы разрушить бетон, его нужно сильно «сжать». Очень хорошая аналогия прочности на сжатие — это тяжелая атлетика, где спортсмены поднимают вес над головой и сохраняют стабильность тела держа вес в этом положении.

Прочность на растяжение — это

... сколько напряжения материал может выдержать и не порваться когда его растягивают. Этот параметр имеет решающее значение при строительстве мостов или арматурных балок, которые изгибаются внутрь под тяжестью веса лежащего на них и не должны ломаться. Представьте себе скалолазов: они тянутся, чтобы дотянуться до следующего зацепа, и должны держать все тело в напряжении.

Предел текучести — это

... то, насколько материал может растянуться, прежде чем он начнёт деформироваться навсегда. Это то же самое, что растягивание резинки (для волос, спортивной и т. п.). Обычно резинка возвращается к своей первоначальной форме, но её достаточно растянуть, а затем отпустить, она останется растянутой. Тип напряжения, который используют для измерения прочности на растяжение и предела текучести, одинаков. Только предел текучести измеряют до тех пор, пока резиновая лента не деформируется насовсем, а прочность на растяжение — до разрыва материала. Например, высокий предел тягучести очень важен для корпусов кораблей, чтобы сила натяжения от волн не искривила конструкцию судна. Если же подумать о гимнастах, их цель — улучшить гибкость, то есть насколько сильно они могут растянуться, а затем вернуться в исходное положение.

Прочность на сдвиг — это

... прочность материала, когда его внутренная структура скручивается. Один из важных типов прочности на сдвиг - это прочность на скручивание. Высокая прочность на кручение необходима для колонн небоскребов. Это гарантирует, что при ветре или землетрясении колонны не будут скручиваться, а само здание не обрушится. Я прелагаю вам представить танцоров, которые, несмотря на свои плавные и часто "скручивающие" движения, постоянно контролируют свою позицию с помощью мышц тела.

Предел усталости - это

...при любых долговременных применениях материалы должны выдерживать изменения в описанных выше ‘нагрузках’ на протяжении всего периода использования этого устройства. Предел усталости — это показатель того, сколько циклов (одна полная последовательность изменений нагрузок) проходит до того, как материал сильно ослабевает или разрушается. Подумайте о лопатках турбины: они подвергаются высоким изгибающим напряжениям от воздуха многократно, с частотой 10-20 полных оборотов в минуту. Соответственно, материалы для этих лопаток должны быть устойчивы к постоянным изменениям напряжений. Никелевые сплавы часто применяются для этой цели. В некотором смысле, устойчивость к усталости проверяется у многих спортсменов в конце матча (будь то футбол, хоккей или пляжный волейбол), когда им приходится демонстрировать отличную технику, несмотря на накопившуюся усталость.

Что еще интересного я могу узнать про прочности материалов?

Помимо вышеперечисленных, существует еще около 10 параметров прочности, каждый из которых определяет инженерные решения в разных ситуациях. Это также значит, что мы НЕ МОЖЕМ выбрать единственный «самый прочный» материал на Земле! Ни один материал не обладает самыми высокими значениями по всем показателям прочности.

Графен, представляющий собой один слой атомов углерода, является материалом с самой высокой прочностью на растяжение на Земле! Источник: technologynetworks.com

Как пример, лидером по прочности на разрыв считается графен, который представляет собой один 2D слой атомов углерода. Его можно получить, выделив один слой из графита (который является «грифелем» в наших карандашах). Теоретически было рассчитано, что мешок сделанный из графена может вынести вес до 2 тонн, хотя мы пока не можем производить такие мешки. Это потому, что при производстве более крупных материалов возникают дефекты кристаллической структуры, что, в свою очередь, снижает их прочность. В повседневной жизни мы видим сталь применённую для строительства и титановые сплавы - для авиастроения. Эти материалы столь распространенны, так как они обладают дастаточно высокими показателями прочности по всем параметрам.

Итак, в следующий раз, когда вы подумаете, что какой-то предмет «сильный», попробуйте спросить себя: «Какой это тип прочности?» И «Почему инженеры выбрали материал с такими прочностными свойствами для этого предмета?»

Источник: wix.com