Samenvatting: Materialen
Hoofdstuk 2: Eigenschappen en mechanische beproeving
2.1 Inleiding: concepten
• Product- of materiaaleigenschappen
- Materiaaleigenschappen < structuur van het materiaal
- Producteigenschappen < materiaaleigenschappen (en de geometrie van het product
zoals dikte.)
• Materiaaleigenschappen
- Los koppelen van geometrie
- Verwijzen naar de functionele eisen
Door volgen van normen, vb ISO = international standard organisation
Belangrijk om in de zelfde eenheden te werken!
- Definiëren eigenlijk een ‘weerstad tegen’
- B.v.: stijfheid = de weerstand tegen elastische vervorming
• Fabricage-eisen = afgeleide van materiaaleigenschappen = ‘baarheden’ vb. lasbaarheid
• Norm = gedetailleerde beschrijving van beproevings- en omrekeningsmethode, op
proefstukken met gestandaardiseerde afmetingen bij bepaalde temperatuur, belasting
snelheid. (extra voorbeeld op ufora lezen-
• Soorten materiaaleigenschappen
- Fysische eigenschappen: dichtheid
- Mechanische eigenschappen: sterkte, flexibiliteit, hardheid, ductiel/bros, taaiheid
- Thermische eigenschappen: uitzetting, geleiding, smelttemperatuur
- Overige eigenschappen: slijtvastheid, optische eigenschappen, elektrische
geleidbaarheid/weerstand?, kostprijs?
2.2 Soorten belastingen
• Soorten belasting
- De grootte van een belasting wordt uitgedrukt als een spanning σ
- σ = F/A (N/m²)
• Belastingsgevallen
- Trek (a)
- Afschuiving (c)
- Alzijdige druk (g)
In een vloeistof
- Torsie (d)
- Buiging (e)
- Druk (b)
- Indrukking (f)
• Trek
- Inwendige krachten gelijkmatig verdeeld over doorsnede
- Grote belasting = breken of blijvend vervormd
• Druk
- Druk = een negatieve trek
- Bij grotere belastingen kan het materiaal tonvormig vervormen en breken
- Een lang en slank profiel kan onderhevig zijn aan knik
1
, • Buiging
- Een staaf onderhevig aan buiging wordt in 1 bepaalde zone verlengt (trek) en in
een andere verkort (druk). Tussen de twee zones is een laag die niet wordt
verlengd of wordt verkort. De staaf is dus onderhevig aan trek en druk.
• Afschuiving
- Bij een staaf belast op afschuiving wordt de inwendige dwarskracht gelijkmatig
verdeeld over de doorsnede en geeft aanleiding tot een schuifspanning.
• Belasting varieert in tijd:
- Statische belasting = de belasting is constant, zal dus niet veranderen (bv. Schilderij)
- Dynamische belasting = de belasting schommelt tussen een minimum- en
maximumwaarde. Vormt tijdsgewogen gemiddelde (bv. Kabel aan een lift)
• Dynamisch zwellend en dynamisch wisselende belasting
- Nulniveau niet gaan overschrijden: Zwellende belasting
(als Spanning min of max = 0 → zuiver zwellende dynamische belasting)
- Spanning = 0 snijdt : Wisselende belasting -> de belasting veranderd (sinusfunctie)
2.3 Quasi-statische belasting: de trekproef
• De trekproef: spanning neemt geleidelijk en gecontroleerd toe.
- Lage vervormingssnelheid => zo goed als statisch
- Een proefstaaf wordt geklemd tussen een vaste en bewegende klem.
Aan 1 van beide klemmen is een krachtcel bevestigd. De klemmen bewegen met
een opgelegde snelheid uit elkaar.
- De kracht F (N) en de verlenging ∆L (m) zijn de resultaten van de trekproef
- Onder invloed van een kracht F verlengt een proefstuk met startlengte L0 tot een
proefstuk dat langer wordt (lengte L) maar ook smaller wordt.
- De verlenging (vervorming) per lengte-eenheid wordt de rek ε genoemd.
- Afgeronde hoeken
Om spanning v/d klem goed door te geven.
- Dogbone: eindpunten zijn breder.
Zodat de verlenging i/d midden gebeurt en
niet bij de klemmen.
2
, • Kracht wordt gemeten met een extensometer
Messen tegen proefstuk, niet te hard mogen niet snijden!
- Start: productdimensies gekend
- Producteigenschappen worden gemeten: kracht en verlening.
o Elastische vervorming = omkeerbaar, ‘keert terug’ na wegvallen
van de opgelegde spanning, altijd voor plastisch!
Recupereerbaar!
o Plastische vervorming = blijvend, word niet gerecupereerd, kan nul zijn
Sluiten elkaar niet uit!
• Trek-rek diagram
- X-as = rek: ε
- Y-as = spanning: σ
- Proporsionaliteitsgrens (σp) = spanning tot waar de
wet van Hooke geldt = einde lineair deel.
- De vloeigrens/ elasticiteitsgrens (σy)= de overgang
tussen elastische en plastische rek (vervorming).
- De treksterkte (σt)= de hoogst voorkomende spanning
in het diagram.
- De breukspanning(σb) = de spanning bij breuk.
- Wet van hooke: σ = Eε in N/m²
Met: E = elasticiteitsmodulus, bepaald de stijfheid van
een materiaal (= de weerstand tegen elastische vervorming).
• Bros en ductiel(trek-rek diagram)
Ductiliteit = de hoeveelheid plastische vervorming die een
materiaal kan opnemen zonder te breken.(εb - εy)
Rek-bij-breuk = hoeveelheid plastische vervorming.
o Vb metalen
Bros = een materiaal met lage of geen ductiliteit.
Een zuiver bros materiaal gaat in stukken breken
wanneer men er een spanning op uitoefent.
o Vb een vaas.
Een bros materiaal heeft weinig plastische
vervorming.
2.3.2 Alternatieve methodes: vloeirek
• Vloeirek (trek-rek diagram)
Vloeigrens kan vaak niet eenduidig bepaaldworden als
overgang -> niet-lineair, dan wordt de offset methode toegepast.
-Duid ε = 0,002 (0,2%) aan
-Trek hieruit een recht // aan de raaklijn in de oorsprong
-Snijpunt met de curve is de offset vloeigrens.
3
, • Bepaling startmodulus, secantmodulus en tangentmodulus
- (helling van de raaklijn in de oorsprong)
- (helling van een rechte door twee punten)
- (helling van in een punt)
2.3.3 Engineering trek-rek vs ware trek-rek
• Insnoering (trek-rek diagram)
- De curve daalt op een gegeven moment
- Wordt geïnitieerd op ‘zwakke plaatsen’
- De dwarsdoorsnede oppervlakte zal dalen op de plaats van de insnoering, minder kracht
nodig om dezelfde spanning te behouden. Daarom daling in het rek-trek diagram vanaf
de insnoering.
o Daling van F wordt gemeten en verwerkt
o Daling van A wordt niet verwerkt omdat de A gaat over het begin
▪ σ engineering = F/A ↓
2.3.2 Versteviging uit rek-trek
• Bij de eerste uitrekking wordt de vloeigrens overschreden
• Belasting wordt weggenomen => elastisch herstel
• Bij de tweede belasting gaat de vloeigrens tot een hogere
waarde => wordt verlegd.
4
Hoofdstuk 2: Eigenschappen en mechanische beproeving
2.1 Inleiding: concepten
• Product- of materiaaleigenschappen
- Materiaaleigenschappen < structuur van het materiaal
- Producteigenschappen < materiaaleigenschappen (en de geometrie van het product
zoals dikte.)
• Materiaaleigenschappen
- Los koppelen van geometrie
- Verwijzen naar de functionele eisen
Door volgen van normen, vb ISO = international standard organisation
Belangrijk om in de zelfde eenheden te werken!
- Definiëren eigenlijk een ‘weerstad tegen’
- B.v.: stijfheid = de weerstand tegen elastische vervorming
• Fabricage-eisen = afgeleide van materiaaleigenschappen = ‘baarheden’ vb. lasbaarheid
• Norm = gedetailleerde beschrijving van beproevings- en omrekeningsmethode, op
proefstukken met gestandaardiseerde afmetingen bij bepaalde temperatuur, belasting
snelheid. (extra voorbeeld op ufora lezen-
• Soorten materiaaleigenschappen
- Fysische eigenschappen: dichtheid
- Mechanische eigenschappen: sterkte, flexibiliteit, hardheid, ductiel/bros, taaiheid
- Thermische eigenschappen: uitzetting, geleiding, smelttemperatuur
- Overige eigenschappen: slijtvastheid, optische eigenschappen, elektrische
geleidbaarheid/weerstand?, kostprijs?
2.2 Soorten belastingen
• Soorten belasting
- De grootte van een belasting wordt uitgedrukt als een spanning σ
- σ = F/A (N/m²)
• Belastingsgevallen
- Trek (a)
- Afschuiving (c)
- Alzijdige druk (g)
In een vloeistof
- Torsie (d)
- Buiging (e)
- Druk (b)
- Indrukking (f)
• Trek
- Inwendige krachten gelijkmatig verdeeld over doorsnede
- Grote belasting = breken of blijvend vervormd
• Druk
- Druk = een negatieve trek
- Bij grotere belastingen kan het materiaal tonvormig vervormen en breken
- Een lang en slank profiel kan onderhevig zijn aan knik
1
, • Buiging
- Een staaf onderhevig aan buiging wordt in 1 bepaalde zone verlengt (trek) en in
een andere verkort (druk). Tussen de twee zones is een laag die niet wordt
verlengd of wordt verkort. De staaf is dus onderhevig aan trek en druk.
• Afschuiving
- Bij een staaf belast op afschuiving wordt de inwendige dwarskracht gelijkmatig
verdeeld over de doorsnede en geeft aanleiding tot een schuifspanning.
• Belasting varieert in tijd:
- Statische belasting = de belasting is constant, zal dus niet veranderen (bv. Schilderij)
- Dynamische belasting = de belasting schommelt tussen een minimum- en
maximumwaarde. Vormt tijdsgewogen gemiddelde (bv. Kabel aan een lift)
• Dynamisch zwellend en dynamisch wisselende belasting
- Nulniveau niet gaan overschrijden: Zwellende belasting
(als Spanning min of max = 0 → zuiver zwellende dynamische belasting)
- Spanning = 0 snijdt : Wisselende belasting -> de belasting veranderd (sinusfunctie)
2.3 Quasi-statische belasting: de trekproef
• De trekproef: spanning neemt geleidelijk en gecontroleerd toe.
- Lage vervormingssnelheid => zo goed als statisch
- Een proefstaaf wordt geklemd tussen een vaste en bewegende klem.
Aan 1 van beide klemmen is een krachtcel bevestigd. De klemmen bewegen met
een opgelegde snelheid uit elkaar.
- De kracht F (N) en de verlenging ∆L (m) zijn de resultaten van de trekproef
- Onder invloed van een kracht F verlengt een proefstuk met startlengte L0 tot een
proefstuk dat langer wordt (lengte L) maar ook smaller wordt.
- De verlenging (vervorming) per lengte-eenheid wordt de rek ε genoemd.
- Afgeronde hoeken
Om spanning v/d klem goed door te geven.
- Dogbone: eindpunten zijn breder.
Zodat de verlenging i/d midden gebeurt en
niet bij de klemmen.
2
, • Kracht wordt gemeten met een extensometer
Messen tegen proefstuk, niet te hard mogen niet snijden!
- Start: productdimensies gekend
- Producteigenschappen worden gemeten: kracht en verlening.
o Elastische vervorming = omkeerbaar, ‘keert terug’ na wegvallen
van de opgelegde spanning, altijd voor plastisch!
Recupereerbaar!
o Plastische vervorming = blijvend, word niet gerecupereerd, kan nul zijn
Sluiten elkaar niet uit!
• Trek-rek diagram
- X-as = rek: ε
- Y-as = spanning: σ
- Proporsionaliteitsgrens (σp) = spanning tot waar de
wet van Hooke geldt = einde lineair deel.
- De vloeigrens/ elasticiteitsgrens (σy)= de overgang
tussen elastische en plastische rek (vervorming).
- De treksterkte (σt)= de hoogst voorkomende spanning
in het diagram.
- De breukspanning(σb) = de spanning bij breuk.
- Wet van hooke: σ = Eε in N/m²
Met: E = elasticiteitsmodulus, bepaald de stijfheid van
een materiaal (= de weerstand tegen elastische vervorming).
• Bros en ductiel(trek-rek diagram)
Ductiliteit = de hoeveelheid plastische vervorming die een
materiaal kan opnemen zonder te breken.(εb - εy)
Rek-bij-breuk = hoeveelheid plastische vervorming.
o Vb metalen
Bros = een materiaal met lage of geen ductiliteit.
Een zuiver bros materiaal gaat in stukken breken
wanneer men er een spanning op uitoefent.
o Vb een vaas.
Een bros materiaal heeft weinig plastische
vervorming.
2.3.2 Alternatieve methodes: vloeirek
• Vloeirek (trek-rek diagram)
Vloeigrens kan vaak niet eenduidig bepaaldworden als
overgang -> niet-lineair, dan wordt de offset methode toegepast.
-Duid ε = 0,002 (0,2%) aan
-Trek hieruit een recht // aan de raaklijn in de oorsprong
-Snijpunt met de curve is de offset vloeigrens.
3
, • Bepaling startmodulus, secantmodulus en tangentmodulus
- (helling van de raaklijn in de oorsprong)
- (helling van een rechte door twee punten)
- (helling van in een punt)
2.3.3 Engineering trek-rek vs ware trek-rek
• Insnoering (trek-rek diagram)
- De curve daalt op een gegeven moment
- Wordt geïnitieerd op ‘zwakke plaatsen’
- De dwarsdoorsnede oppervlakte zal dalen op de plaats van de insnoering, minder kracht
nodig om dezelfde spanning te behouden. Daarom daling in het rek-trek diagram vanaf
de insnoering.
o Daling van F wordt gemeten en verwerkt
o Daling van A wordt niet verwerkt omdat de A gaat over het begin
▪ σ engineering = F/A ↓
2.3.2 Versteviging uit rek-trek
• Bij de eerste uitrekking wordt de vloeigrens overschreden
• Belasting wordt weggenomen => elastisch herstel
• Bij de tweede belasting gaat de vloeigrens tot een hogere
waarde => wordt verlegd.
4
