Samenvatting MAT1/ Materiaalkunde 1 IPO

Materiaalkunde SAMENVATTING
https://onderwijsonline.han.nl/elearning/lesson/XyrAjkNG - MAT1 studiewijzer 1718 vs1.2.pdf

§1.2 Mechanische eigenschappen:
Elastic modulus or Young's modulus, E: Elasticiteitsmodulus.
Mate van stijfheid van het materiaal.
Hoge E = stijf, buigt terug na vervorming(staal)
Lage E = zacht, blijft vervormd(elastomeren)

Yield strength, σy:y:
Punt waarop een materiaal blijvend vervormt.
Hoge Sy = Moeilijk om permanent te vervormen(titanium)
Lage Sy = makkelijk te vervormen(lood)

Tensile strength, σy:ts:
Punt waarop materiaal breekt(maximale kracht die materiaal kan dragen)

Ductility
Mate van vervorming voordat materiaal breekt

Density, rho:
Dichtheid oftewel hoeveelheid massa per volume

Fracture Toughness / Kerfslagwaarde, K1c:
Weerstand tegen slag/stoot/vallen.
Hoge K1c = Breekt niet makkelijk na impact(Staal)
Lage K1c = Breekt erg makkelijk na impact(Glas)

§1.3 Design limiting property:
Kritieke waarde waaraan het materiaal móét voldoen om gebruikt te kunnen worden voor dit
ontwerp.

Bijvoorbeeld:

Een ontwerp vereist een stevig materiaal dat een temperatuur van 500 graden Celsius kan verdragen.

Alle materialen die minder dan dat aan kunnen vallen dan af.
De materiaalkeuze voor het object wordt dan dus gelimiteerd door de benodigde
materiaaleigenschappen.




1

,§2.2 Materiaalfamilies + eigenschappen + voorbeelden:
Glas
 Amorfe stoffen
 Lage fracture toughness
 Transparant
 Hoge hardheid
 Corrodeert niet
 Elektrische isolator
 Lage K1c-waarde(breekt snel)
 Voorbeelden:
- Soda-glas (vensterglas)
- Borosilicaat (Pyrex / Ovenschalen)

Metaal
 Hoge E-modulus
 Goede geleiders
 Hoge K1c-waarde
 Vatbaar voor corrosie
 Kan in legeringen worden gebruikt om yield strength te verhogen
 Voorbeelden:
- koper (elementair)
- staal (legering)

Keramiek
 Hoge E-modulus en hardheid
 Corroderen bijna niet
 Goede elektrische isolatoren
 Lage K1c-waarde(breekt snel
 Voorbeelden:
- Porselein
- Alumina
- Siliciumcarbide

Polymeren
 Lage relatieve dichtheid
 Lage E-modulus
 Eigenschappen afhankelijk van temperatuur
 Makkelijk te bewerken
 Voorbeelden:
- Polyamiden
- Polycarbonaat

Elastomeren
 Extreem lage E-modulus
 Kunnen ver uitrekken
 Voorbeelden:
- Neopreen
- Butylrubbers


2

,Hybrides
 Combinatie van twee of meerdere materialen
 Duur
 Moeilijk te bewerken
 Veel natuurlijke materialen zijn hybrides
 Voorbeelden:
- Carbon fiberboard
- Foams

§2.3 Productieproces
Raw materials - Primary shaping - Secondary processes - Joining/surface treatment - Finished
product


§3.2 Original design & redesign
Original design: Een totaal nieuw ontwerp voor een nieuw concept
Redesign: Begint met bestaand product en verbetert het

§3.4 Selecteren van materialen
Translation: De ontwerpeisen vertalen naar concrete materiaaleisen.
Functie: Wat is het doel van het product?
Constraints: Harde eisen aan het gewenste materiaal: Moet minimaal een E van x hebben,
moet doorzichtig zijn, etc.
Objectives: Doelen voor het ontwerp. Denk aan: Zo goedkoop mogelijk, zo licht mogelijk,
etc.(minmaxen)
Free variables: Welke parameters kan de ontwerper vrij veranderen?

Daarna:

Screening using constraints: ongeschikte materialen elimineren

Ranking using $objective: Vind de beste materialen uit de voorselectie voor $objective

Seek documentation: Onderzoek de resulterende lijst aan materialen verder om tot
een eindselectie uit te komen.

§4.1 Stiffness, Strength, Density
Stiffness:
 Weerstand tegen elastische vervorming. Materiaal gaat terug naar oorspronkelijke
vorm als stress wordt verwijderd.
 Wordt gedefiniëerd door de elasticiteitsmodulus E.

Strength:
 Weerstand tegen permanente vervorming en breuk.
 Wordt gedefiniëerd door de yield strength/elastic limit σ y of Tensile Strength σTS.

Stiffness, Strength en Density zijn de 3 belangrijkste mechanische eigenschappen.




3

, Stress/Belasting: Wordt op materiaal toegepast door het te belasten.
Strain/spanning: Reactie op stress: materiaal vervormt.

Density(M) & Stiffness(E) zijn afhankelijk van stijfheid van atoombindingen, mate van pakking
en atoommassa's.

§4.2 Definities en formules
Density, ρ, kg/m3:
Massa per volume-eenheid, vaak g/cm3 of kg/m3

Mode of loading:
Tension Trekstang/kabels, bv in hangbruggen
Compression Kolom, bv betonnen pilaren in gebouwen
Bending Draagbalk - Stalen balken in daken
Torsion Draaischacht - Aandrijfschacht auto of draaibank
Pressure Omhulsel - Duikboten, autobanden

Tensile stress, σy:, MPa:
Spanning. Kracht loodrecht op vlak. Vanaf de andere kant van het object komt een
reactiekracht. Alle vlakken loodrecht op deze kracht dragen de belasting.

A: Oppervlakte van de belaste doorsnede loodrecht op kracht in m 2
σ: Tensile stress in MN/m2 of MPa (106 N/m2)
F: Kracht in Newton

F
σ=
A

Shear stress, τ, MPa:
Schuifspanning. Kracht parallel aan vlak. Drie reactiekrachten nodig om in evenwicht
te blijven.

τ: Shear stress in MPa
Fs: Kracht in Newton
A: Oppervlakte doorsnede van object in m2
Fs
τ=
A



Hydrostatic pressure, p, MPa:
Hydrostatische druk. Een gelijke kracht op alle zijden van het object.
Elk vlak in het object ondervindt dezelfde stress.

p: Hydrostatische druk op object
F: Kracht in Newton
A: Oppervlakte van vlak
F
p=
A



4