Deformáció és törés

Bevezetés

Állapotok– halmaz– fázis– fizikaiFolyás, viszkozitás– idő- és nyírásfüggés– tényezők

Elasztikus deformáció– analógiák– modellekÜveges és kristályos anyagok deformációja– kényszerelasztikus deformáció– tényezőkTörés, ütésállóság– törés típusai– lineáris törésmechanika– ütésállóság

Bevezetés

Hajlékony lánc, kölcsönhatások, szerkezet

Kölcsönhatások és belső energia – állapotok

Fizikai állapotok, átmenetek – feldolgozás, felhasználás

Összetett deformáció, párhuzamos mechanizmusok

Törés – gyakorlati jelentőség

Halmaz, fázis, fizikai állapot

Halmazállapot: gáz, folyadék, szilsziláárdrd

Fázisállapot: kristályos, amorf – rendezettség

Fizikai állapot

– ömledék

– nagyrugalmas

– üveges

Halmaz, fázis, fizikai állapotTermomechanikai görbe

ömledék

nagyrugalmas

üveges

TfTg

Def

orm

áció

(%)

Hőmérséklet (°C)

Amorf polimer Amorf polimer −− jellemzjellemzőő hhőőmméérsrsééklet: Tklet: Tgg

Halmaz, fázis, fizikai állapotTermomechanikai görbe

TmTg

ömledék

nagyrugalmas

+üveges

+kristályos

kristályos

Def

orm

áció

(%)

Hőmérséklet (°C)

KristKristáályos polimer lyos polimer −− jellemzjellemzőő hhőőmméérsrsééklet: klet: TTmm

Halmaz, fázis, fizikai állapotÖsszefüggések

Fizikai állapot

Fázisállapot

Halmazállapot

KristályosAmorf

SzilárdFolyadékGáz

ÜvegesNagyrugalmasÖmledék

Folyás, viszkozitásMechanizmus

Folyási egység:szegmensszegmens

∆H∆H1

diffúzió

folyás

Folyás, viszkozitásIdőfüggés

Viszkoelasztikus hatások

Szerkezeti hatás

− newtoni folyadék

− tixotróp anyag

− reopektikus folyadék

reopektikus

tixotrop

newtoni

Visz

kozi

tás (

Pas)

Idő (min)

Folyás, viszkozitásNyírásfüggés

newtoni folyadékok

Bingham testek

dilatáns folyadékok

pszeudoplasztikus pszeudoplasztikus anyagokanyagok

pszeudoplasztikus

dilatáns

binghami

newtoni

Nyí

rófe

szül

tség

(Pa)

Nyírássebesség (1/s)

Folyás, viszkozitásJellemzők

helyváltoztatáskonformációváltozás, orientorientáácicióószerkezeti hatások, fizikai tfizikai téérhrháállóó

ididőőffüüggggééssnynyíírráásfsfüüggggééss

γτ &,γτ &,

Folyás, viszkozitásMeghatározó tényezők − nynyíírrááss

η

η0

teljes orientáció

gyakorlat

newtoni viszkozitás

lg[v

iszko

zitá

s, η a (P

as)]

lg[nyírássebesség (1/s)]

nk γτ & =

Folyás, viszkozitásMeghatározó tényezők

Molekulatömeg

Hőmérséklet

Nyomás

Egyéb− nyírási folyás− degradáció, térhálósodás− adalékok

αη nMk 0 ′=

TRE

eA ∆

=η

( )02

01

0 log

TTCTTC−+−

−=ηη

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

fVVBA 0 exp η

Folyás, viszkozitásFolyási anomáliák; mérés

Folyási anomáliák− reológiai duzzadás− rugalmas turbulencia

Reológiai jellemzők mérése− kapilláris viszkoziméterek− rotációs viszkoziméterek− plasztográf

kapilláris

polimer

reológiai duzzadásömledéktörés

Elasztikus deformációKinetika - fenomenológiai modellek

Ideális testekHooke rugalmas

Ideálisan viszkózus (nevtoni)

Polimerek: az elemek kombinaz elemek kombináácicióójaja

εσ E=

tdd γητ =

Elasztikus deformációFenomenológiai modellek

Maxwell modell − feszültség relaxációÁllandó nyújtásAzonos feszültség

0 dd

=+ ση

σ Et

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= tEη

σσ exp 0

Fesz

ülts

ég (M

Pa)

Idő (perc)

E

η

σ0

Elasztikus deformációFenomenológiai modellek

Voit-Kelvin modell − kúszásÁllandó feszültségAzonos nyúlás

ησε

ηε 0

dd

=+E

t

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−= tE

E exp 1 0

ησε

Def

orm

áció

(%)

Idő (perc)

ηE

t1

ε1

Elasztikus deformációFenomenológiai modellek

Burgers modell

Állandó feszültség

A polimerek A polimerek deformdeformáácici--óójjáának nak öösszes sszes jellegzejellegze--tesstessééggéétt mutatjamutatja.

Relaxációs idők

Általánosított modellek

Formai leírás

folyás

maradó deformáció

rugalmasdeformáció

Def

orm

áció

(%)

Idő (perc)

E1

E2

η1

η2

Elasztikus deformációRugalmas hiszterézis, veszteség

Feszültség

Def

orm

áció ε1

σ1

disszipáció

maradóalakváltozá

s

Abroncsok melegedAbroncsok melegedéése, se, éélettartamlettartam

Elasztikus deformációPeriodikus igénybevétel, fáziskésés

feszültség

deformáció

( ) ( ) ( )ωωω EiEE ′′+′=∗

EE′′′

= tgδKomplex modulusKomplex modulus

Elasztikus deformációHőmérséklet−idő szuperpozíció

( )02

01

log

TTCTTCaT −+

−=

( )r

rTT

Ttta

ττlog log log ==

IdIdőők viszonya, k viszonya, relatrelatíív viselkedv viselkedéés.s.

Üveges és kristályos anyagokNyakképződés

Különböző mechanizmus

Amorf: molekulakötegek elcsúszása.

Kristályos: a szerkezet átalakulása.

Kémiai szerkezet és hőmérséklet hatása.

Üveges és kristályos anyagokKényszerelasztikus deformáció

σy

T0 > Tg

T1 > T2 > T3 > T4 > T5

T0

T1

T2

T3

T4

T5

Fesz

ülts

ég (M

Pa)

Deformáció (%)

KonformKonformáácicióóvvááltozltozááss

Törés, ütésállóságHibahely; szabványos módszerek

Hibahely

Feszültségkoncentráció

Modellezés: bemetszés

Szabványos módszerek

Méretfüggő értékek

aB

D

L Izod

Charpy

Törés, ütésállóságTörési típusok

-10

0

10

20

30

40

50

605 msec

képlékeny

szívósrideg

Idő (msec)

Erő

(N)

KKüüllöönbnböözzőő mméértrtéékkűű plasztikus deformplasztikus deformáácicióó

Törés, ütésállóságA törési ellenállás jellemzése – törésmechanika

Kritikus feszültségkoncentráció

Kritikus törési energia

Összefüggés

Minimális méretek4 7 10 13 16

0

50

100

150

200

250

300

Ene

rgia

(mJ)

BDφ (mm2)

2/1 aYK FIc σ=

IcGDBUU 0 φ+=

22

1 ν−

= IcIc

GEK

( )2

5.2 , , ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛>−

y

IcKaDaBσ

Törés, ütésállóságGyakorlati szempontok, fejlesztés

0 1 2 3 4 50

10

20

30

40

Üté

sálló

ság

(kJ/

m2 )

Modulus (GPa)

EllentEllentéétes szempontok, optimaliztes szempontok, optimalizáálláás s -- szerkezetszerkezet

ÖsszefoglalásAz állapotok és a deformációs módok kapcsolata

Entrópiarugalmas Entrópiarugalmas

Rugalmas

Deformáció

Nagyrugalmas Üveges

Ömledék

Plasztikus

Fizikai állapot