Samenvatting Materiaalkunde voor Ontwerpers en Constructeurs

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)