Page 1
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
Page 2
Bevezetés
Hajlékony lánc, kölcsönhatások, szerkezet
Kölcsönhatások és belső energia – állapotok
Fizikai állapotok, átmenetek – feldolgozás, felhasználás
Összetett deformáció, párhuzamos mechanizmusok
Törés – gyakorlati jelentőség
Page 3
Halmaz, fázis, fizikai állapot
Halmazállapot: gáz, folyadék, szilsziláárdrd
Fázisállapot: kristályos, amorf – rendezettség
Fizikai állapot
– ömledék
– nagyrugalmas
– üveges
Page 4
Halmaz, fázis, fizikai állapotTermomechanikai görbe
ömledék
nagyrugalmas
üveges
TfTg
Def
orm
áció
(%)
Hőmérséklet (°C)
Amorf polimer Amorf polimer −− jellemzjellemzőő hhőőmméérsrsééklet: Tklet: Tgg
Page 5
Halmaz, fázis, fizikai állapotTermomechanikai görbe
TmTg
ömledék
nagyrugalmas
+üveges
+kristályos
kristályos
Def
orm
áció
(%)
Hőmérséklet (°C)
KristKristáályos polimer lyos polimer −− jellemzjellemzőő hhőőmméérsrsééklet: klet: TTmm
Page 6
Halmaz, fázis, fizikai állapotÖsszefüggések
Fizikai állapot
Fázisállapot
Halmazállapot
KristályosAmorf
SzilárdFolyadékGáz
ÜvegesNagyrugalmasÖmledék
Page 7
Folyás, viszkozitásMechanizmus
Folyási egység:szegmensszegmens
∆H∆H1
diffúzió
folyás
Page 8
Folyás, viszkozitásIdőfüggés
Viszkoelasztikus hatások
Szerkezeti hatás
− newtoni folyadék
− tixotróp anyag
− reopektikus folyadék
reopektikus
tixotrop
newtoni
Visz
kozi
tás (
Pas)
Idő (min)
Page 9
Folyás, viszkozitásNyírásfüggés
newtoni folyadékok
Bingham testek
dilatáns folyadékok
pszeudoplasztikus pszeudoplasztikus anyagokanyagok
pszeudoplasztikus
dilatáns
binghami
newtoni
Nyí
rófe
szül
tség
(Pa)
Nyírássebesség (1/s)
Page 10
Folyás, viszkozitásJellemzők
helyváltoztatáskonformációváltozás, orientorientáácicióószerkezeti hatások, fizikai tfizikai téérhrháállóó
ididőőffüüggggééssnynyíírráásfsfüüggggééss
γτ &,γτ &,
Page 11
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 & =
Page 12
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
Page 13
Folyás, viszkozitásFolyási anomáliák; mérés
Folyási anomáliák− reológiai duzzadás− rugalmas turbulencia
Reológiai jellemzők mérése− kapilláris viszkoziméterek− rotációs viszkoziméterek− plasztográf
kapilláris
polimer
reológiai duzzadásömledéktörés
Page 14
Elasztikus deformációKinetika - fenomenológiai modellek
Ideális testekHooke rugalmas
Ideálisan viszkózus (nevtoni)
Polimerek: az elemek kombinaz elemek kombináácicióójaja
εσ E=
tdd γητ =
Page 15
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
Page 16
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
Page 17
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
Page 18
Elasztikus deformációRugalmas hiszterézis, veszteség
Feszültség
Def
orm
áció ε1
σ1
disszipáció
maradóalakváltozá
s
Abroncsok melegedAbroncsok melegedéése, se, éélettartamlettartam
Page 19
Elasztikus deformációPeriodikus igénybevétel, fáziskésés
feszültség
deformáció
( ) ( ) ( )ωωω EiEE ′′+′=∗
EE′′′
= tgδKomplex modulusKomplex modulus
Page 20
Elasztikus deformációHőmérséklet−idő szuperpozíció
( )02
01
log
TTCTTCaT −+
−=
( )r
rTT
Ttta
ττlog log log ==
IdIdőők viszonya, k viszonya, relatrelatíív viselkedv viselkedéés.s.
Page 21
Üveges és kristályos anyagokNyakképződés
Különböző mechanizmus
Amorf: molekulakötegek elcsúszása.
Kristályos: a szerkezet átalakulása.
Kémiai szerkezet és hőmérséklet hatása.
Page 22
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
Page 23
Törés, ütésállóságHibahely; szabványos módszerek
Hibahely
Feszültségkoncentráció
Modellezés: bemetszés
Szabványos módszerek
Méretfüggő értékek
aB
D
L Izod
Charpy
Page 24
Törés, ütésállóságTörési típusok
-10
0
10
20
30
40
50
605 msec
képlékeny
szívósrideg
Idő (msec)
Erő
(N)
KKüüllöönbnböözzőő mméértrtéékkűű plasztikus deformplasztikus deformáácicióó
Page 25
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
Page 26
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
Page 27
ÖsszefoglalásAz állapotok és a deformációs módok kapcsolata
Entrópiarugalmas Entrópiarugalmas
Rugalmas
Deformáció
Nagyrugalmas Üveges
Ömledék
Plasztikus
Fizikai állapot