Прочность при растяжении и предел прочности
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 24 сентября 2019; проверки требуют 8 правок.
Преде́л про́чности — механическое напряжение , выше которого происходит разрушение материала. Иначе говоря, это пороговая величина, превышая которую механическое напряжение разрушит некое тело из конкретного материала. Следует различать статический и динамический пределы прочности. Также различают пределы прочности на сжатие и растяжение.
Величины предела прочности[править | править код]
Статический предел прочности[править | править код]
Статический предел прочности, также часто называемый просто пределом прочности есть пороговая величина постоянного механического напряжения, превышая который постоянное механическое напряжение разрушит некое тело из конкретного материала. Согласно ГОСТ 1497-84 «Методы испытаний на растяжение», более корректным термином является временное сопротивление разрушению — напряжение, соответствующее наибольшему усилию, предшествующему разрыву образца при (статических) механических испытаниях. Термин происходит от представления, по которому материал может бесконечно долго выдержать любую статическую нагрузку, если она создаёт напряжения, меньшие статического предела прочности, то есть не превышающие временное сопротивление. При нагрузке, соответствующей временному сопротивлению (или даже превышающей её — в реальных и квазистатических испытаниях), материал разрушится (произойдет дробление испытываемого образца на несколько частей) спустя какой-то конечный промежуток времени (возможно, что и практически сразу, — то есть не дольше чем за 10 с).
Динамический предел прочности[править | править код]
Динамический предел прочности есть пороговая величина переменного механического напряжения (например при ударном воздействии), превышая которую переменное механическое напряжение разрушит тело из конкретного материала. В случае динамического воздействия на это тело время его нагружения часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения. В такой ситуации соответствующая характеристика называется также условно-мгновенным пределом прочности, или хрупко-кратковременным пределом прочности.
Предел прочности на сжатие[править | править код]
Предел прочности на сжатие есть пороговая величина постоянного (для статического предела прочности) или, соответственно, переменного (для динамического предела прочности) механического напряжения, превышая который механическое напряжение в результате (за конечный достаточно короткий промежуток времени) сожмет тело из конкретного материала — тело разрушится или неприемлемо деформируется.
Предел прочности на растяжение[править | править код]
Предел прочности на растяжение есть пороговая величина постоянного (для статического предела прочности) или, соответственно, переменного (для динамического предела прочности) механического напряжения, превышая который механическое напряжение в результате (за конечный достаточно короткий промежуток времени) разорвет тело из конкретного материала. (На практике, для детали какой либо конструкции достаточно и неприемлемого истончения детали.)
Другие прочностные параметры[править | править код]
Мерами прочности также могут быть предел текучести, предел пропорциональности, предел упругости, предел выносливости, предел прочности на сдвиг и др. так как для выхода конкретной детали из строя (приведения детали в негодное к использованию состояние) часто достаточно и чрезмерно большого изменения размеров детали. При этом деталь может и не разрушиться, а лишь только деформироваться. Эти показатели практически никогда не подразумеваются под термином «предел прочности».
Прочностные особенности некоторых материалов[править | править код]
Значения предельных напряжений (пределов прочности) на растяжение и на сжатие у многих материалов обычно различаются.
У композитов предел прочности на растяжение обычно больше предела прочности на сжатие. Для керамики (и других хрупких материалов) — наоборот, характерно многократное превышение пределом прочности на сжатие предела прочности на растяжение. Для металлов, металлических сплавов, многих пластиков, как правило, характерно равенство предела прочности на сжатие и предела прочности на растяжение. В большей степени это связано не с физикой материалов, а с особенностями нагружения, схемами напряженного состояния при испытаниях и с возможностью пластической деформации перед разрушением.
Прочность твёрдых тел обусловлена в конечном счёте силами взаимодействия между атомами, составляющими тело. При увеличении расстояния между атомами они начинают притягиваться, причем на критическом расстоянии сила притяжения по абсолютной величине максимальна. Напряжение, отвечающее этой силе, называется теоретической прочностью на растяжение и составляет σтеор ≈ 0,1E, где E — модуль Юнга . Однако на практике наблюдается разрушение материалов значительно раньше, это объясняется неоднородностями структуры тела, из-за которых нагрузка распределяется неравномерно.
Некоторые значения прочности на растяжение в МПа (1 кгс/мм² = 100 кгс/см² ≈ 10 МН/м² = 10 МПа) (1 МПа = 1 Н/мм² ≈ 10 кгс/см²)[1]:
| Материалы | , МПа | |
|---|---|---|
| Бор | 5700 | 0,083 |
| Графит (нитевидный кристалл) | 2401 | 0,024 |
| Сталь 60С2А рессорно-пружинная | 1570 (после термообработки) | 0,0074 |
| Сапфир (нитевидный кристалл) | 1500 | 0,028 |
| Железо (нитевидный кристалл) | 1300 | 0,044 |
| Тянутая проволока из высокоуглеродистой стали | 420 | 0,02 |
| Тянутая проволока из вольфрама | 380 | 0,009 |
| Стекловолокно | 360 | 0,035 |
| Сталь Ст0 обыкновенного качества | 300 | 0,0017 |
| Нейлон | 50 | 0,0025 |
См. также[править | править код]
- Теоретический предел прочности
Примечания[править | править код]
- ↑ Диапазон пределов прочности для стали составляет 500—3000 МПа (Б. Н. Арзамасов, В. А. Брострем, Н. А. Буше и др. Конструкционные материалы. Справочник. — М.: Машиностроение, 1990. — 688 с.).
Источник
14Ноя
By: Семантика
Без рубрики
Comment: 0
Содержание статьи
- Предел прочности
- Как производится испытание на прочность
- Виды ПП
- Предел прочности на растяжение стали
- Предел текучести и временное сопротивление
- Усталость стали
- Предел пропорциональности
- Как определяют свойства металлов
- Механические свойства
- Классы прочности и их обозначения
- Формула удельной прочности
- Использование свойств металлов
- Пути увеличения прочностных характеристик
При строительстве объектов обязательно необходимо использовать расчеты, включающие подробные характеристики стройматериалов. В обратном случае на опору может быть возложена слишком большая, непосильная нагрузка, из-за чего произойдет разрушения. Сегодня поговорим о пределе прочности материала при разрыве и натяжении, расскажем, что это такое и как работать с этим показанием.
Предел прочности
ПП – будем использовать это сокращение, а также можно говорить об официальном сочетании «временное сопротивление» – это максимальная механическая сила, которая может быть применена к объекту до начала его разрушения. В данном случае мы не говорим о химическом воздействии, но подразумеваем, что нагревание, неблагоприятные климатические условия, определенная среда могут либо улучшать свойства металла (а также дерева, пластмассы), либо ухудшать.
Ни один инженер не использует при проектировании крайние значения, потому что необходимо оставить допустимую погрешность – на окружающие факторы, на длительность эксплуатации. Рассказали, что называется пределом прочности, теперь перейдем к особенностям определения.
Как производится испытание на прочность
Изначально особенных мероприятий не было. Люди брали предмет, использовали его, а как только он ломался, анализировали поломку и снижали нагрузку на аналогичное изделие. Теперь процедура гораздо сложнее, однако, до настоящего времени самый объективный способ узнать ПП – эмпирический путь, то есть опыты и эксперименты.
Все испытания проходят в специальных условиях с большим количеством точной техники, которая фиксирует состояние, характеристики подопытного материала. Обычно он закреплен и испытывает различные воздействия – растяжение, сжатие. Их оказывают инструменты с высокой точностью – отмечается каждая тысячная ньютона из прикладываемой силы. Одновременно с этим фиксируется каждая деформация, когда она происходит. Еще один метод не лабораторный, а вычислительный. Но обычно математический анализ используется вместе с испытаниями.
Определение термина
Образец растягивается на испытательной машине. При этом сначала он удлиняется в размере, а поперечное сечение становится уже, а затем образуется шейка – место, где самый тонкий диаметр, именно здесь заготовка разорвется. Это актуально для вязких сплавов, в то время как хрупкие, к ним относится чугун и твердая сталь, растягиваются совсем незначительно без образования шейки. Подробнее посмотрим на видео:
Виды ПП
Временное сопротивление разрыву определяют по различным воздействиям, согласно этому его классифицируют по:
- сжатию – на образец действуют механические силы давления;
- изгибу – деталь сгибают в различные стороны;
- кручению – проверяется пригодность для использования в качестве крутящегося вала;
- растяжению – подробный пример проверки мы привели выше.
Предел прочности на растяжение стали
Стальные конструкции давно заменили прочие материалы, так как они обладают отличными эксплуатационными характеристиками – долговечностью, надежностью и безопасностью. В зависимости от применяемой технологии, он подразделяется на марки. От самой обычной с ПП в 300 Мпа, до наиболее твердой с высоким содержанием углерода – 900 Мпа. Это зависит от двух показателей:
- Какие способы термообработки применялись – отжиг, закалка, криообработка.
- Какие примеси содержатся в составе. Одни считаются вредными, от них избавляются для чистоты сплава, а вторые добавляют для укрепления.
Предел текучести и временное сопротивление
Новый термин обозначается в технической литературе буквой Т. Показатель актуален исключительно для пластичных материалов и обозначает, как долго может деформироваться образец без увеличения на него внешней нагрузки.
Обычно после преодоления этого порога кристаллическая решетка сильно меняется, перестраивается. Результатом выступают пластические деформации. Они не являются нежелательными, напротив, происходит самоупрочнение металла.
Усталость стали
Второе название – предел выносливости. Его обозначают буквой R. Это аналогичный показатель, то есть он определяет, какая сила может воздействовать на элемент, но не в единичном случае, а в цикле. То есть на подопытный эталон циклично, раз за разом действуют определенные давления. Среднее количество повторений – 10 в седьмой степени. Именно столько раз металл должен без деформаций и потери своих характеристик выдержать воздействие.
Если проводить эмпирические испытания, то потребуется множество времени – нужно проверить все значения силы, прикладывая ее по множеству циклов. Поэтому обычно коэффициент рассчитывается математически.
Предел пропорциональности
Это показатель, определяющий длительность оказываемых нагрузок к деформации тела. При этом оба значения должны изменяться в разный степени по закону Гука. Простыми словами: чем больше оказывается сжатие (растяжение), тем сильнее деформируется образец.
Значение каждого материала находится между абсолютной и классической упругостью. То есть если изменения обратимы, после того как сила перестала действовать (форма стала прежняя – пример, сжатие пружины), то такие параметры нельзя называть пропорциональными.
Как определяют свойства металлов
Проверяют не только то, что называют пределом прочности, но и остальные характеристики стали, например, твердость. Испытания проводят следующим образом: в образец вдавливают шарик или конус из алмаза – наиболее прочной породы. Чем крепче материал, тем меньше след остается. Более глубокие, с широким диаметром отпечатки остаются на мягких сплавах. Еще один опыт – на удар. Воздействие оказывается только после заранее сделанного надреза на заготовке. То есть разрушение проверяется для наиболее уязвимого участка.
Механические свойства
Различают 5 характеристик:
- Предел прочности стали при растяжении и на разрыв это – временное сопротивление внешним силам, напряжение, возникающее внутри.
- Пластичность – это возможность деформироваться, менять форму, но сохранять внутреннюю структуру.
- Твердость – готовность встретиться с более твердым материалом и не получить значительных ущербов.
- Ударная вязкость – способность сопротивляться ударам.
- Усталость – длительность сохранения качеств под воздействием цикличных нагрузок.
Классы прочности и их обозначения
Все категории записаны в нормативных документах – ГОСТах, по ним все российские предприниматели изготавливают любой металлопрокат и прочие металлические изделия. Вот соответствие обозначения и параметра в таблице:
| Класс | Временное сопротивление, Н/мм2 |
| 265 | 430 |
| 295 | 430 |
| 315 | 450 |
| 325 | 450 |
| 345 | 490 |
| 355 | 490 |
| 375 | 510 |
| 390 | 510 |
| 440 | 590 |
Видим, что для некоторых классов остается одинаковыми показатели ПП, это объясняется тем, что при равных значениях у них может различаться текучесть или относительное удлинение. В зависимости от этого возможна различная максимальная толщина металлопроката.
Формула удельной прочности
R с индексом «у» – обозначение данного параметра в физике. Рассчитывается как ПП (в записи – R) поделенное на плотность – d. То есть этот расчет имеет практическую ценность и учитывает теоретические знания о свойствах стали для применения в жизни. Инженеры могут сказать, как меняется временное сопротивление в зависимости от массы, объема изделия. Логично, что чем тоньше лист, тем легче его деформировать.
Формула выглядит так:
Ry = R/d
Здесь будет логичным объяснить, в чем измеряется удельный предел прочности. В Н/мм2 – это вытекает из предложенного алгоритма вычисления.
Использование свойств металлов
Два важных показателя – пластичность и ПП – взаимосвязаны. Материалы с большим первым параметром намного медленнее разрушаются. Они хорошо меняют свою форму, подвергаются различным видам металлообработке, в том числе объемной штамповке – поэтому из листов делают элементы кузова автомобиля. При малой пластичности сплавы называют хрупкими. Они могут быть очень твердыми, но при этом плохо тянуться, изгибаться и деформироваться, например, титан.
Сопротивление
Есть два типа:
- Нормативное – прописано для каждого типа стали в ГОСТах.
- Расчетное – получается после вычислений в конкретном проекте.
Первый вариант скорее теоретический, для практических задач используется второй.
Пути увеличения прочностных характеристик
Есть несколько способов это сделать, два основных:
- добавка примесей;
- термообработка, например, закал.
Иногда они используются вместе.
Общие сведения о сталях
Все они обладают химическими свойствами и механическими. Ниже подробнее поговорим о способах увеличения прочности, но для начала представим схему, на которой представлены все разновидности:
Также посмотрим более подробное видео:
Все они обладают химическими свойствами и механическими. Ниже подробнее поговорим о способах увеличения прочности, но для начала представим схему, на которой представлены все разновидности:
Углерод
Чем больше углеродность вещества, тем выше твердость и меньше пластичность. Но в составе не должно быть более 1% химического компонента, так как большее количество приводит к обратному эффекту.
Марганец
Очень полезная добавка, но при массовой доле не более двух процентов. Обычно Mn добавляют для улучшения качеств обрабатываемости. Материал становится более подвержен ковке и свариванию. Это объясняется вытеснением кислорода и серы.
Кремний
Эффективно повышает прочностные характеристики, при этом не затрагивая пластичность. Максимальное содержание – 0,6%, иногда достаточно и 0,1%. Хорошо сочетается с другими примесями, в совокупности можно увеличить устойчивость к коррозии.
Азот и кислород
Если они попадают в сплав, но ухудшают его характеристики, при изготовлении от них пытаются избавиться.
Легирующие добавки
Также можно встретить следующие примеси:
- Хром – увеличивает твёрдость.
- Молибден – защищает от ржавчины.
- Ванадий – для упругости.
- Никель – хорошо влияет на прокаливаемость, но может привести к хрупкости.
Эти и другие химические вещества должны применяться в строгих пропорциях в соответствии с формулами. В статье мы рассказали про предел прочности (кратковременное сопротивление) – что это, и как с ним работать. Также дали несколько таблиц, которым можно пользоваться при работе. В качестве завершения, давайте посмотрим видеоролик:
Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с нашими менеджерами по телефонам 8 (908) 135-59-82; (473) 239-65-79; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.
Источник
Two vises apply tension to a specimen by pulling at it, stretching the specimen until it fractures. The maximum stress it withstands before fracturing is its ultimate tensile strength.
Ultimate tensile strength (UTS), often shortened to tensile strength (TS), ultimate strength, or within equations,[1][2][3] is the maximum stress that a material can withstand while being stretched or pulled before breaking. In brittle materials the ultimate tensile strength is close to the yield point, whereas in ductile materials the ultimate tensile strength can be higher.
The ultimate tensile strength is usually found by performing a tensile test and recording the engineering stress versus strain. The highest point of the stress–strain curve is the ultimate tensile strength and has units of stress.
Tensile strengths are rarely used in the design of ductile members, but they are important in brittle members. They are tabulated for common materials such as alloys, composite materials, ceramics, plastics, and wood.
Definition[edit]
The ultimate tensile strength of a material is an intensive property; therefore its value does not depend on the size of the test specimen. However, depending on the material, it may be dependent on other factors, such as the preparation of the specimen, the presence or otherwise of surface defects, and the temperature of the test environment and material.
Some materials break very sharply, without plastic deformation, in what is called a brittle failure. Others, which are more ductile, including most metals, experience some plastic deformation and possibly necking before fracture.
Tensile strength is defined as a stress, which is measured as force per unit area. For some non-homogeneous materials (or for assembled components) it can be reported just as a force or as a force per unit width. In the International System of Units (SI), the unit is the pascal (Pa) (or a multiple thereof, often megapascals (MPa), using the SI prefix mega); or, equivalently to pascals, newtons per square metre (N/m²). A United States customary unit is pounds per square inch (lb/in² or psi), or kilo-pounds per square inch (ksi, or sometimes kpsi), which is equal to 1000 psi; kilo-pounds per square inch are commonly used in one country (US), when measuring tensile strengths.
Ductile materials[edit]
figure 1: «Engineering» stress–strain (σ–ε) curve typical of aluminum
1. Ultimate strength
2. Yield strength
3. Proportional limit stress
4. Fracture
5. Offset strain (typically 0.2%)
Many materials can display linear elastic behavior, defined by a linear stress–strain relationship, as shown in figure 1 up to point 3. The elastic behavior of materials often extends into a non-linear region, represented in figure 1 by point 2 (the «yield point»), up to which deformations are completely recoverable upon removal of the load; that is, a specimen loaded elastically in tension will elongate, but will return to its original shape and size when unloaded. Beyond this elastic region, for ductile materials, such as steel, deformations are plastic. A plastically deformed specimen does not completely return to its original size and shape when unloaded. For many applications, plastic deformation is unacceptable, and is used as the design limitation.
After the yield point, ductile metals undergo a period of strain hardening, in which the stress increases again with increasing strain, and they begin to neck, as the cross-sectional area of the specimen decreases due to plastic flow. In a sufficiently ductile material, when necking becomes substantial, it causes a reversal of the engineering stress–strain curve (curve A, figure 2); this is because the engineering stress is calculated assuming the original cross-sectional area before necking. The reversal point is the maximum stress on the engineering stress–strain curve, and the engineering stress coordinate of this point is the ultimate tensile strength, given by point 1.
Ultimate tensile strength is not used in the design of ductile static members because design practices dictate the use of the yield stress. It is, however, used for quality control, because of the ease of testing. It is also used to roughly determine material types for unknown samples.[4]
The ultimate tensile strength is a common engineering parameter to design members made of brittle material because such materials have no yield point.[4]
Testing[edit]
Round bar specimen after tensile stress testing
The «cup» side of the «cup–cone» characteristic failure pattern
Some parts showing the «cup» shape and some showing the «cone» shape
Typically, the testing involves taking a small sample with a fixed cross-sectional area, and then pulling it with a tensometer at a constant strain (change in gauge length divided by initial gauge length) rate until the sample breaks.
When testing some metals, indentation hardness correlates linearly with tensile strength. This important relation permits economically important nondestructive testing of bulk metal deliveries with lightweight, even portable equipment, such as hand-held Rockwell hardness testers.[5] This practical correlation helps quality assurance in metalworking industries to extend well beyond the laboratory and universal testing machines.
Typical tensile strengths[edit]
| Material | Yield strength (MPa) | Ultimate tensile strength (MPa) | Density (g/cm³) |
|---|---|---|---|
| Steel, structural ASTM A36 steel | 250 | 400–550 | 7.8 |
| Steel, 1090 mild | 247 | 841 | 7.58 |
| Chromium-vanadium steel AISI 6150 | 620 | 940 | 7.8 |
| Steel, 2800 Maraging steel[6] | 2617 | 2693 | 8.00 |
| Steel, AerMet 340[7] | 2160 | 2430 | 7.86 |
| Steel, Sandvik Sanicro 36Mo logging cable precision wire[8] | 1758 | 2070 | 8.00 |
| Steel, AISI 4130, water quenched 855 °C (1570 °F), 480 °C (900 °F) temper[9] | 951 | 1110 | 7.85 |
| Steel, API 5L X65[10] | 448 | 531 | 7.8 |
| Steel, high strength alloy ASTM A514 | 690 | 760 | 7.8 |
| Acrylic, clear cast sheet (PMMA)[11] | 72 | 87[12] | 1.16 |
| High-density polyethylene (HDPE) | 26–33 | 37 | 0.85 |
| Polypropylene | 12–43 | 19.7–80 | 0.91 |
| Steel, stainless AISI 302 – cold-rolled | 520[citation needed] | 860 | 8.19 |
| Cast iron 4.5% C, ASTM A-48 | 130 | 200 | 7.3 |
| «Liquidmetal» alloy[citation needed] | 1723 | 550–1600 | 6.1 |
| Beryllium[13] 99.9% Be | 345 | 448 | 1.84 |
| Aluminium alloy[14] 2014-T6 | 414 | 483 | 2.8 |
| Polyester resin (unreinforced)[15] | 55 | 55 | |
| Polyester and chopped strand mat laminate 30% E-glass[15] | 100 | 100 | |
| S-Glass epoxy composite[16] | 2358 | 2358 | |
| Aluminium alloy 6061-T6 | 241 | 300 | 2.7 |
| Copper 99.9% Cu | 70 | 220[citation needed] | 8.92 |
| Cupronickel 10% Ni, 1.6% Fe, 1% Mn, balance Cu | 130 | 350 | 8.94 |
| Brass | 200 + | 500 | 8.73 |
| Tungsten | 941 | 1510 | 19.25 |
| Glass | 33[17] | 2.53 | |
| E-Glass | N/A | 1500 for laminates, 3450 for fibers alone | 2.57 |
| S-Glass | N/A | 4710 | 2.48 |
| Basalt fiber[18] | N/A | 4840 | 2.7 |
| Marble | N/A | 15 | 2.6 |
| Concrete | N/A | 2–5 | 2.7 |
| Carbon fiber | N/A | 1600 for laminates, 4137 for fibers alone | 1.75 |
| Carbon fiber (Toray T1100G)[19] (the strongest human-made fibres) | 7000 fibre alone | 1.79 | |
| Human hair | 140–160 | 200–250[20] | |
| Bamboo | 350–500 | 0.4 | |
| Spider silk (see note below) | 1000 | 1.3 | |
| Spider silk, Darwin’s bark spider[21] | 1652 | ||
| Silkworm silk | 500 | 1.3 | |
| Aramid (Kevlar or Twaron) | 3620 | 3757 | 1.44 |
| UHMWPE[22] | 24 | 52 | 0.97 |
| UHMWPE fibers[23][24] (Dyneema or Spectra) | 2300–3500 | 0.97 | |
| Vectran | 2850–3340 | ||
| Polybenzoxazole (Zylon)[25] | 2700 | 5800 | 1.56 |
| Wood, pine (parallel to grain) | 40 | ||
| Bone (limb) | 104–121 | 130 | 1.6 |
| Nylon, molded, type 6/6 | 450 | 750 | 1.15 |
| Nylon fiber, drawn[26] | 900[27] | 1.13 | |
| Epoxy adhesive | – | 12–30[28] | – |
| Rubber | – | 16 | |
| Boron | N/A | 3100 | 2.46 |
| Silicon, monocrystalline (m-Si) | N/A | 7000 | 2.33 |
| Ultra-pure silica glass fiber-optic strands[29] | 4100 | ||
| Sapphire (Al2O3) | 400 at 25 °C, 275 at 500 °C, 345 at 1000 °C | 1900 | 3.9–4.1 |
| Boron nitride nanotube | N/A | 33000 | 2.62[30] |
| Diamond | 1600 | 2800 | 3.5 |
| Graphene | N/A | intrinsic 130000;[31] engineering 50000-60000[32] | 1.0 |
| First carbon nanotube ropes | ? | 3600 | 1.3 |
| Carbon nanotube (see note below) | N/A | 11000–63000 | 0.037–1.34 |
| Carbon nanotube composites | N/A | 1200[33] | N/A |
| High-strength carbon nanotube film | N/A | 9600[34] | N/A |
| Iron (pure mono-crystal) | 3 | 7.874 | |
| Limpet Patella vulgata teeth (Goethite) | 4900 3000–6500[35] |
^a Many of the values depend on manufacturing process and purity or composition.
^b Multiwalled carbon nanotubes have the highest tensile strength of any material yet measured, with one measurement of 63 GPa, still well below one theoretical value of 300 GPa.[36] The first nanotube ropes (20 mm in length) whose tensile strength was published (in 2000) had a strength of 3.6 GPa.[37] The density depends on the manufacturing method, and the lowest value is 0.037 or 0.55 (solid).[38]
^c The strength of spider silk is highly variable. It depends on many factors including kind of silk (Every spider can produce several for sundry purposes.), species, age of silk, temperature, humidity, swiftness at which stress is applied during testing, length stress is applied, and way the silk is gathered (forced silking or natural spinning).[39] The value shown in the table, 1000 MPa, is roughly representative of the results from a few studies involving several different species of spider however specific results varied greatly.[40]
^d Human hair strength varies by ethnicity and chemical treatments.
| Element | Young’s modulus (GPa) | Offset or yield strength (MPa) | Ultimate strength (MPa) |
|---|---|---|---|
| silicon | 107 | 5000–9000 | |
| tungsten | 411 | 550 | 550–620 |
| iron | 211 | 80–100 | 350 |
| titanium | 120 | 100–225 | 246–370 |
| copper | 130 | 117 | 210 |
| tantalum | 186 | 180 | 200 |
| tin | 47 | 9–14 | 15–200 |
| zinc alloy | 85–105 | 200–400 | 200–400 |
| nickel | 170 | 140–350 | 140–195 |
| silver | 83 | 170 | |
| gold | 79 | 100 | |
| aluminium | 70 | 15–20 | 40–50 |
| lead | 16 | 12 |
See also[edit]
- Flexural strength
- Strength of materials
- Tensile structure
- Toughness
- Failure
- Tension (physics)
- Young’s modulus
References[edit]
- ^ «Generic MMPDS Mechanical Properties Table». stressebook.com. 6 December 2014. Archived from the original on 1 December 2017. Retrieved 27 April 2018.
- ^ Degarmo, Black & Kohser 2003, p. 31
- ^ Smith & Hashemi 2006, p. 223
- ^ a b «Tensile Properties». Archived from the original on 16 February 2014. Retrieved 20 February 2015.
- ^ E.J. Pavlina and C.J. Van Tyne, «Correlation of Yield Strength and Tensile Strength with Hardness for Steels», Journal of Materials Engineering and Performance, 17:6 (December 2008)
- ^ «MatWeb – The Online Materials Information Resource». Archived from the original on 15 December 2013. Retrieved 20 February 2015.
- ^ «MatWeb – The Online Materials Information Resource». Archived from the original on 21 February 2015. Retrieved 20 February 2015.
- ^ «MatWeb – The Online Materials Information Resource». Archived from the original on 21 February 2015. Retrieved 20 February 2015.
- ^ «MatWeb – The Online Materials Information Resource». Archived from the original on 28 March 2017. Retrieved 20 February 2015.
- ^ «USStubular.com». Archived from the original on 13 July 2009. Retrieved 27 June 2009.
- ^ [1] Archived 23 March 2014 at the Wayback MachineIAPD Typical Properties of Acrylics
- ^ strictly speaking this figure is the flexural strength (or modulus of rupture), which is a more appropriate measure for brittle materials than «ultimate strength.»
- ^ «MatWeb – The Online Materials Information Resource». Archived from the original on 21 February 2015. Retrieved 20 February 2015.
- ^ «MatWeb – The Online Materials Information Resource». Archived from the original on 21 February 2015. Retrieved 20 February 2015.
- ^ a b «Guide to Glass Reinforced Plastic (fibreglass) – East Coast Fibreglass Supplies». Archived from the original on 16 February 2015. Retrieved 20 February 2015.
- ^ «Properties of Carbon Fiber Tubes». Archived from the original on 24 February 2015. Retrieved 20 February 2015.
- ^ «Soda-Lime (Float) Glass Material Properties :: MakeItFrom.com». Archived from the original on 3 July 2011. Retrieved 20 February 2015.
- ^ «Basalt Continuous Fibers». Archived from the original on 3 November 2009. Retrieved 29 December 2009.
- ^ «Toray Properties Document». Retrieved 17 September 2018.
- ^ «Tensile Testing Hair». instron.us. Archived from the original on 28 September 2017.
- ^
- ^ Oral, E; Christensen, SD; Malhi, AS; Wannomae, KK; Muratoglu, OK (2006). «PubMed Central, Table 3». J Arthroplasty. 21 (4): 580–91. doi:10.1016/j.arth.2005.07.009. PMC 2716092. PMID 16781413.
- ^ «Tensile and creep properties of ultra high molecular weight PE fibres» (PDF). Archived from the original (PDF) on 28 June 2007. Retrieved 11 May 2007.
- ^ «Mechanical Properties Data». www.mse.mtu.edu. Archived from the original on 3 May 2007.
- ^ «MatWeb – The Online Materials Information Resource». Archived from the original on 21 February 2015. Retrieved 20 February 2015.
- ^ «Nylon Fibers». University of Tennessee. Archived from the original on 19 April 2015. Retrieved 25 April 2015.
- ^ «Comparing aramids». Teijin Aramid. Archived from the original on 3 May 2015.
- ^ «Uhu endfest 300 epoxy: Strength over setting temperature». Archived from the original on 19 July 2011.
- ^ «Fols.org» (PDF). Archived from the original (PDF) on 25 July 2011. Retrieved 1 September 2010.
- ^ «What is the density of Hydrogenated Boron Nitride Nanotubes (H-BNNT)?». space.stackexchange.com. Archived from the original on 13 April 2017.
- ^ Lee, C.; et al. (2008). «Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene». Science. 321 (5887): 385–8. Bibcode:2008Sci…321..385L. doi:10.1126/science.1157996. PMID 18635798. S2CID 206512830. Archived from the original on 19 February 2009. Lay summary.
- ^ Cao, K. (2020). «Elastic straining of free-standing monolayer graphene». Nature Communications. 11 (284): 284. doi:10.1038/s41467-019-14130-0. PMC 6962388. PMID 31941941.
- ^ IOP.org Z. Wang, P. Ciselli and T. Peijs, Nanotechnology 18, 455709, 2007.
- ^ Xu, Wei; Chen, Yun; Zhan, Hang; Nong Wang, Jian (2016). «High-Strength Carbon Nanotube Film from Improving Alignment and Densification». Nano Letters. 16 (2): 946–952. Bibcode:2016NanoL..16..946X. doi:10.1021/acs.nanolett.5b03863. PMID 26757031.
- ^ Barber, A. H.; Lu, D.; Pugno, N. M. (2015). «Extreme strength observed in limpet teeth». Journal of the Royal Society Interface. 12 (105): 105. doi:10.1098/rsif.2014.1326. PMC 4387522. PMID 25694539.
- ^ Yu, Min-Feng; Lourie, O; Dyer, MJ; Moloni, K; Kelly, TF; Ruoff, RS (2000). «Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load». Science. 287 (5453): 637–640. Bibcode:2000Sci…287..637Y. doi:10.1126/science.287.5453.637. PMID 10649994.
- ^ Li, F.; Cheng, H. M.; Bai, S.; Su, G.; Dresselhaus, M. S. (2000). «Tensile strength of single-walled carbon nanotubes directly measured from their macroscopic ropes». Applied Physics Letters. 77 (20): 3161. Bibcode:2000ApPhL..77.3161L. doi:10.1063/1.1324984. Archived from the original on 28 December 2012.
- ^ K.Hata. «From Highly Efficient Impurity-Free CNT Synthesis to DWNT forests, CNTsolids and Super-Capacitors» (PDF). Archived (PDF) from the original on 12 June 2010.
- ^ Elices; et al. «Finding Inspiration in Argiope Trifasciata Spider Silk Fibers». JOM. Archived from the original on 15 January 2009. Retrieved 23 January 2009.
- ^ Blackledge; et al. «Quasistatic and continuous dynamic characterization of the mechanical properties of silk from the cobweb of the black widow spider Latrodectus hesperus». The Company of Biologists. Archived from the original on 1 February 2009. Retrieved 23 January 2009.
- ^ A.M. Howatson, P. G. Lund, and J. D. Todd, Engineering Tables and Data, p. 41
Further reading[edit]
- Giancoli, Douglas, Physics for Scientists & Engineers Third Edition (2000). Upper Saddle River: Prentice Hall.
- Köhler T, Vollrath F (1995). «Thread biomechanics in the two orb-weaving spiders Araneus diadematus (Araneae, Araneidae) and Uloboris walckenaerius (Araneae, Uloboridae)». Journal of Experimental Zoology. 271: 1–17. doi:10.1002/jez.1402710102.
- T Follett, Life without metals
- Min-Feng Y, Lourie O, Dyer MJ, Moloni K, Kelly TF, Ruoff RS (2000). «Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load» (PDF). Science. 287 (5453): 637–640. Bibcode:2000Sci…287..637Y. doi:10.1126/science.287.5453.637. PMID 10649994. Archived from the original (PDF) on 4 March 2011.
- George E. Dieter, Mechanical Metallurgy (1988). McGraw-Hill, UK
Источник