Pevnosť (materiál)
Pevnosť je schopnosť materiálu odolať vonkajšej alebo vnútornej sile bez toho, aby bol porušený. Rozlišuje sa:
- pevnosť v ťahu
- pevnosť v ohybe
- pevnosť v tlaku
- pevnosť v skrute
- pevnosť v strihu/šmyku
- únavová pevnosť
Udávanie pevnosti
[upraviť | upraviť zdroj]Na udanie pevnosti sa používa viacero údajov:
- Medza proporcionality – je najväčšia sila, ktorou je možné materiál namáhať tak, aby bola závislosť napätia a pomernej deformácie lineárna – platí Hookov zákon.
- Medza pružnosti (elasticity) – najväčšia sila, ktorou je možné materiál namáhať tak, aby sa po konci namáhania vrátil do pôvodného stavu. Určuje hranicu medzi elastickou a plastickou deformáciou. Vzťah medzi silou a natiahnutím je už nelineárny ale s nelinearitou menšou ako 0,2 %.
- Medza klzu – alebo aj medza prieťažnosti (pri zaťažení ťahom) a medza stlačiteľnosti (pri zaťažení tlakom) je zaťaženie, pri ktorom sa materiál začne nevratne (plasticky) deformovať, aj keď prestane pôsobiť záťaž, nenadobudne materiál pôvodnú dĺžku.
- Medza pevnosti – maximálne zaťaženie vedúce k porušeniu materiálu.
- Medza únavy – maximálne zaťaženie ktoré ešte nevedie k porušeniu materiálu ani pri nekonečnom počte cyklov.
Medza klzu a medza pevnosti sa udávajú v technických tabuľkách a slúžia na výpočet pevnosti súčiastok a konštrukcií. Všetky sa udávajú v pascaloch, [Pa]alebo v [MPa], napr. bežná oceľ má pevnosť 150 až 450 MPa.
Číselné vyjadrenie
[upraviť | upraviť zdroj]Napríklad pre medzu pevnosti Rm:
- Rm – medza pevnosti [MPa]
- F – sila zaťažujúca vzorku [N]
- A – prierez vzorky pred skúškou [mm2]
Pre ostatné medze platia obdobné vzťahy.
Príklad:
Oceľový profil s prierezom 10 mm × 100 mm (1 000 mm²) z ocele s medzou pevnosti 150 MPa (nízkouhlíková oceľ) sa roztrhne pri rovnomernej sile (bez zátrhov) 150 kN (zodpovedá 15 t).
Technické využitie
[upraviť | upraviť zdroj]Pevnosť v ohybe a skrute sú úmerné pevnosti v ťahu.
Pri konštrukciách sa za nominálnu záťaž berie (ak je to možné) medza proporcionality. Ľahko sa počíta a zaručuje dlhodobú výdrž pri nominálnych podmienkach. Bohužiaľ môže viesť občas k nežiaducemu predimenzovaniu konštrukcií – potom sa konštrukcia navrhuje komplikovanejšími výpočtami, v extrémoch dokonca experimentálne.
Medza klzu (aj medza pevnosti) sa používa hlavne pri lisovaní. Krehké materiály (napr. liatina) medzu klzu nemajú.
Vlastné (zvyškové) napätia
[upraviť | upraviť zdroj]V materiáli môžu existovať ešte zvyškové napätia, ktoré existujú aj bez pôsobenia vonkajšej sily. Znižujú celkovú pevnosť materiálu preto sa väčšinou odstraňujú. To sa dá pri oceli napr. popúšťaním.
Príklady materiálov
[upraviť | upraviť zdroj]Pevnosť v ťahu:
- Oceľ má bežne asi 370 MPa[1], (zvlášť pevná) 900 MPa (výnimočne pevná 1 770 MPa).
- Najpevnejší materiál (na trhu): uhlíkové vlákno – 4 200 MPa, sklenené vlákna – 2 400 MPa, kevlar – 3 620 MPa
- Najpevnejší materiál: nanovlákna jednostenové – 40 000 – 65 000 MPa
Referencie
[upraviť | upraviť zdroj]- ↑ STN 41 1373, nelegovaná oceľ 11 373