Podstawowe informacje o wytrzymałosci materiałow
Wytrzymałość materiałów – to dziedzina nauki zajmująca się opracowywaniem oraz analizą metod oceny zachowania elementów konstrukcyjnych pod wpływem obciążeń. Podstawy wytrzymałości materiałów obejmują zagadnienia związane z odkształceniami i naprężeniami. W celu przewidywania zachowania danych konstrukcji należy wykonać model tej konstrukcji. W zależności od dokładności z jaką chcemy przewidzieć zachowanie, możemy wybrać mniej lub bardziej dokładny model obliczeniowy.
Model konstrukcji zazwyczaj składa się z:
Modelu matematycznego – obliczeń dokonuje się na podstawie wybranego kryterium wytrzymałościowego dla wybranej hipotezy wytężeniowej.
Modelu materiałowego – według norm i badań wyznaczających charakterystyki materiału. Każdy model obliczeniowy jest tak dobre jak dane wejściowe, więc jest niezwykle istotne, aby mieć prawidłowe parametry materiału. Jeśli one nie zgadzają się z rzeczywistością, to każdy model matematyczny zawiedzie.
Modelu geometrycznego – jako uzupełnienie do modelu matematycznego i materiałowego. Dla różnych metod obliczeniowych, stosuje inne modele geometryczne. Model analityczny wymaga geometrii jednolitej natomiast model obliczeniowy FEM (pl. MES) wymaga dyskretyzacji modelu geometrycznego. W zależności od dokładności obliczeń możemy zawężać rozmiar i rodzaj elementów skończonych. Nie zawsze jednak im więcej tym lepiej. Czasami ważniejsza jest wydajność obliczeń niż duża liczba elementów.
W celu utworzenia stabilnych zależności (zależy nam na tym, ponieważ każda próbka materiału jest unikatowa) wprowadzono pewne uproszczenia, które mają zastosowanie jedynie w przypadku materiałów liniowo sprężystych – to znaczy takich, które są sprężyste (wywierają siłę reakcji) proporcjonalnie do odkształcenia.
W podstawach wytrzymałości materiałów często stosuje się uproszczenia aby zniwelować wpływ czynników losowych takie jak:
Ciągłość materiału – założenie polegające na koncepcji materiału jednorodnego. Stal, żeliwa, aluminium, stopy miedzi, polimery itp. nie mają jednolitej struktury. Posiadają one liczne wewnętrzne defekty, wtrącenia, puste przestrzenie i nieciągłości nie dające się przewidzieć. Dlatego takie założenie ma sens z matematycznego punktu widzenia jednak nie ma przełożenia na rzeczywistość. Między innymi z tego powodu używamy współczynników bezpieczeństwa i współczynników spiętrzenia naprężeń - dla obliczeń zmęczeniowych.
Jednorodność materiału – jest następstwem pierwszego założenia. Właściwości materiału nie są zależne od położenia w materiale co za tym idzie, właściwości materiału są takie same w każdym jego punkcie. Nie sprawdza się przy gradientach temperatur i spiętrzeniach naprężeń.
Izotropowość materiału – założenie, że materiał posiada takie same właściwości w każdym kierunku (osi) objętości ciała. W rzeczywistości tak nie jest i nawet sposób obróbki materiału może mieć wpływ na kształt i ułożenie ziaren kryształów materiału tym samym zmieniając parametry w danym kierunku. Założenie jest także błędne w przypadku materiałów kompozytowych
Liniowa sprężystość materiału – założenie, że istnieje pewien bazowy, bezobciążeniowy stan ciała, do którego ciało dąży po odpuszczeniu obciążeń a w trakcie których, do pewnego stopnia, ciało zachowuje ciągłość struktury. Tak naprawdę materiał zawsze będzie gromadził energię odkształcenia, chociażby poprzez tarcie wewnętrzne. Te zjawisko opisuje histereza sprężysta materiału.