Deel 1: Inleiding tot materiaalkeuze – eig. vn materialen
1. Inleiding – schematisch overzicht vn materiaaleigenschappen
Soorten eigenschappen die bij materiaalkeuze bel. kunnen zijn, nt voor alle groepen materialen even relevant.
=> ontwerper moet weten welke eig. vn toepassing zijn/rol spelen bij keuze vn materiaal
2. Bespreking enkele eigenschappen vn materialen
2.1. Mechanische eigenschappen
2.1.1. Inleiding
Mechanische eigenschappen -> betrekking op gedrag vd materialen onder invloed vn krachten.
Krachtenpatroon kan alleen of in combinatie (bijzonder ingewikkeld zijn)
Bv. trekkrachten, drukkrachten, afschuifkrachten…
Laboratoriumproeven = geïdealiseerd, in realiteit vaak
ingewikkelder
2.1.2. Trekproef
Wat? -> proefstaaf (met genormaliseerde afmetingen) op trekbank
onderworpen aan geleidelijk toenemende trekkracht tot hij breekt.
Verlenging Δl vd staaf en trekkracht F, nodig om verlenging te
veroorzaken
Doel: trekkracht-verlengingsdiagram opstellen ve materiaal.
, Uitleg Trekkracht-verlengingsdiagram:
Begin proef:
Δl recht evenredig met trekkracht F = lineaire gedeelte of
evenredigheidsgebied OA (nt blijvend vervormt)
Punt A = evenredigheidsgrens (voorbij : plastisch vervormt)
Punt B = max. waarde Fmax (vanaf hier insnoering + belasting daalt
tot staaf breekt)
Einde curve = staaf gebroken
Spannings-rekdiagram:
Spanning (σ) = kracht (F) gedeeld door oppervlak (A) waarop kracht inwerkt
σ = F/A
Naargelang aard -> andere benaming:
- Trekspanning: voorwerp uitrekken onder invloed
trekkracht
- Drukspanning: druk op voorwerp onder invloed drukkracht
- Schuifspanning: splijten onder invloed schuifkracht
- Torsiespanning: verwringen onder invloed torsiekracht
- Buigspanning: buigen voorwerp met trekkracht F gedeeld
door oorspronkelijke doorsnede AO vd proefstaaf: σ = F/AO
Rek (ε) = verlenging Δl gedeeld door oorspronkelijke lengte l0 (in %)
ε = (Δl / l0) x 100 = (verlenging / oorspronkelijke lengte) x 100
Grootheden σ en ε zijn onafhankelijk vd proefstaaf.
# bel. materiaaleigenschappen afgeleid uit spannings-rek diagram:
Treksterkte σt (σt = Fmax / Ao)
Verhouding tss max. trekkracht Fmax en oorspronkelijke
doornsnede proefstaaf A0
Vaak gebruikt als indicatie voor sterkte vn materialen
Andere gebruikte symbolen treksterkte: σb, σm, σt,
σUTS (engels: ultimate tensile stress)
Elasticiteitsgrens σE
Spanning waarbij voor eerst plastische deformatie
optreedt. Hogere spanningen dan σE treedt rek op die
nt meer verdwijnt
In meeste ontwerpsituaties is eigenschap vn groter belang dan treksterkte. Ontwerper wil
over algemeen nt dat constructie-element onder invloed vn gebruiksspanningen blijvend
word uitgerekt of verbogen.
σ 0,2 – grens of 0.2%-rekgrens
spanning waarbij plastische deformatie nt altijd exact te bepalen is, in praktijk gebruikt men
meestal spanning waarbij blijvende rek van 0.2% is opgetreden.
Elasticiteitsmodulus van Young E
Lineaire gedeelte = verhouding vd spanning σ tot rek ε
constant.
Ε = Δ spanning/Δ rek = Δ σ / Δ ε ε = tg α
Elasticiteitsmodulus is maat voor stijfheid van materiaal.
Bv. ε staal is 3x groter dan ε van aluminium
-> polymeren hebben zeer lage stijfheid en hebben geen
lineair elastisch gebied
1. Inleiding – schematisch overzicht vn materiaaleigenschappen
Soorten eigenschappen die bij materiaalkeuze bel. kunnen zijn, nt voor alle groepen materialen even relevant.
=> ontwerper moet weten welke eig. vn toepassing zijn/rol spelen bij keuze vn materiaal
2. Bespreking enkele eigenschappen vn materialen
2.1. Mechanische eigenschappen
2.1.1. Inleiding
Mechanische eigenschappen -> betrekking op gedrag vd materialen onder invloed vn krachten.
Krachtenpatroon kan alleen of in combinatie (bijzonder ingewikkeld zijn)
Bv. trekkrachten, drukkrachten, afschuifkrachten…
Laboratoriumproeven = geïdealiseerd, in realiteit vaak
ingewikkelder
2.1.2. Trekproef
Wat? -> proefstaaf (met genormaliseerde afmetingen) op trekbank
onderworpen aan geleidelijk toenemende trekkracht tot hij breekt.
Verlenging Δl vd staaf en trekkracht F, nodig om verlenging te
veroorzaken
Doel: trekkracht-verlengingsdiagram opstellen ve materiaal.
, Uitleg Trekkracht-verlengingsdiagram:
Begin proef:
Δl recht evenredig met trekkracht F = lineaire gedeelte of
evenredigheidsgebied OA (nt blijvend vervormt)
Punt A = evenredigheidsgrens (voorbij : plastisch vervormt)
Punt B = max. waarde Fmax (vanaf hier insnoering + belasting daalt
tot staaf breekt)
Einde curve = staaf gebroken
Spannings-rekdiagram:
Spanning (σ) = kracht (F) gedeeld door oppervlak (A) waarop kracht inwerkt
σ = F/A
Naargelang aard -> andere benaming:
- Trekspanning: voorwerp uitrekken onder invloed
trekkracht
- Drukspanning: druk op voorwerp onder invloed drukkracht
- Schuifspanning: splijten onder invloed schuifkracht
- Torsiespanning: verwringen onder invloed torsiekracht
- Buigspanning: buigen voorwerp met trekkracht F gedeeld
door oorspronkelijke doorsnede AO vd proefstaaf: σ = F/AO
Rek (ε) = verlenging Δl gedeeld door oorspronkelijke lengte l0 (in %)
ε = (Δl / l0) x 100 = (verlenging / oorspronkelijke lengte) x 100
Grootheden σ en ε zijn onafhankelijk vd proefstaaf.
# bel. materiaaleigenschappen afgeleid uit spannings-rek diagram:
Treksterkte σt (σt = Fmax / Ao)
Verhouding tss max. trekkracht Fmax en oorspronkelijke
doornsnede proefstaaf A0
Vaak gebruikt als indicatie voor sterkte vn materialen
Andere gebruikte symbolen treksterkte: σb, σm, σt,
σUTS (engels: ultimate tensile stress)
Elasticiteitsgrens σE
Spanning waarbij voor eerst plastische deformatie
optreedt. Hogere spanningen dan σE treedt rek op die
nt meer verdwijnt
In meeste ontwerpsituaties is eigenschap vn groter belang dan treksterkte. Ontwerper wil
over algemeen nt dat constructie-element onder invloed vn gebruiksspanningen blijvend
word uitgerekt of verbogen.
σ 0,2 – grens of 0.2%-rekgrens
spanning waarbij plastische deformatie nt altijd exact te bepalen is, in praktijk gebruikt men
meestal spanning waarbij blijvende rek van 0.2% is opgetreden.
Elasticiteitsmodulus van Young E
Lineaire gedeelte = verhouding vd spanning σ tot rek ε
constant.
Ε = Δ spanning/Δ rek = Δ σ / Δ ε ε = tg α
Elasticiteitsmodulus is maat voor stijfheid van materiaal.
Bv. ε staal is 3x groter dan ε van aluminium
-> polymeren hebben zeer lage stijfheid en hebben geen
lineair elastisch gebied
