Στις κατεργασίες των αεροπορικών υλικών, αυτό που μας ενδιαφέρει είναι: το κατεργαζόμενο κομμάτι/εξάρτημα που θα παράγουμε έπειτα απο χρήση να μην αστοχήσει !
Για να προστατευτούμε απο κάτι τέτοιο, πρέπει να γνωρίζουμε πολύ καλά τις μηχανικές ιδιότητες του κάθε υλικού που θα χρησιμοποιήσουμε, αφού αυτό που χαρακτηρίζει ένα υλικό ως ανθεκτικό, ψαθυρό ή όλκιμο, είναι οι ιδιότητες αυτές.
Άς τις δούμε:
1. Αντοχή (strength)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται χωρίς να σπάσει όταν ασκούνται σε αυτό εξωτερικές δυνάμεις/φορτία. Συνήθως εκφράζεται ως τάση εφελκυσμού, θλίψης ή διάτμησης.
2. Ελαστικότητα (elasticity)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να επανέρχεται στο αρχικό του σχήμα και μέγεθος μετά απο παραμόρφωση λόγω επίδρασης εξωτερικών φορτίων.
3. Πλαστικότητα (plasticity)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να διατηρεί μόνιμη παραμόρφωση, χωρίς να επανέρχεται στο αρχικό του σχήμα και μέγεθος. Μια πολύ σημαντική ιδιότητα ορισμένων μεταλλικών υλικών, όπως για παράδειγμα του Αλουμινίου 2024 που χρησιμοποιείται στις ατράκτους των αεροσκαφών, είναι η ικανότητά τους να παραμορφώνονται αρκετά στη περιοχή πλαστικής παραμόρφωσης χωρίς όμως να αστοχούν !
( Σημείωση 1η: το ποσό ελαστικής παραμόρφωσης είναι πολύ μιρκό σε σχέση με αυτό της πλαστικής παραμόρφωσης )
( Σημείωση 2η: στα περισσότερα υλικά η σχέση τάσης παραμόρφωσης είναι γραμμική στην ελαστική περιοχή και μή γραμμική στην πλαστική περιοχή )
4. Ακαμψία/Δυσκαμψία (stiffness)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται στη παραμόρφωση κάτω υπο την επίδραση εξωτερικών φορτίων. Το μέτρο για την ακαμψία είναι το μέτρο ελαστικότητας. Η ακαμψία ή αλλιώς η δυσκαμψία είναι σημαντική ιδίως για περιστρεφόμενους άξονες.
5. Ευκαμψία (resilience)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να απορροφά ενέργεια κατά την ελαστική παραμόρφωση και να την απελευθερώνει όταν αποφορτίζεται. Η ιδιότητα αυτή είναι σημαντική ιδίως στα ελατήρια.
6. Δυσθραυστότητα (toughness)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να απορροφά ενέργεια πριν αστοχήσει, δηλαδή σε όλο το εύρος της παραμόρφωσης (ελαστικής και πλαστικής). Ουσιαστικά είναι η ενέργεια αστοχίας πριν τη θραύση.
7. Ελατότητα (malleability)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να παραμορφώνεται σε μεγαλύτερο βαθμό όταν υποβάλλεται σε θλιπτικά φορτία χωρίς την εμφάνιση ρωγμής. Με αύξηση της θερμοκρασίας, αυξάνεται και η ελατότητα του υλικού. Τα ελατά μέταλλα μπορούν να υποβληθούν σε έλαση (rolling), σφυρηλάτηση (forging) και διέλαση (extrusion). Η έλαση και η σφυρηλάτηση γίνονται σε θερμό περιβάλλον. Η ελατότητα είναι μια σημαντική ιδιότητα όταν το υλικό υποβάλλεται σε σφυρηλάτηση, έλαση και εξώθηση (drawing).
8. Ολκιμότητα (ductility)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να παραμορφώνεται όταν υποβάλλεται σε εφελκυστικά φορτία πριν την εμφάνιση ρωγμής. Η ιδιότητα αυτή είναι σημαντική ιδίως σε εξαρτήματα που υποβάλλονται σε απρόοπτα φορτία. Όλα τα όλκιμα υλικά είναι και ελατά (! το αντίστροφο δεν ισχύει). Στα όλκιμα υλικά η αστοχία -αν υπάρξει- γίνεται εμφανής εξαιτίας της ανοχής σε πλαστική παραμόρφωση.
( Σημείωση 3η: Τόσο η ελατότητα όσο και η ολκιμότητα μειώνονται όταν υπάρχουν ξένα σωματίδια στη δομή του μετάλλου )
( Σημείωση 4η: παραδείγματα όλκιμων υλικών είναι ο χάλυβας, ο χαλκός και το αλουμίνιο )
9. Ψαθυρότητα ( brittleness)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να αστοχεί χωρίς να παραμορφωθεί πλαστικά. Σαν ιδιότητα, είναι αντίθετη της ολκιμότητας. Ένα ψαθυρό υλικό, μπορεί να υποστεί πολύ μικρή έως και αμελητέα πλαστική παραμόρφωση και η αστοχία -αν υπάρξει- επέρχεται ξαφνικά.
( Σημείωση 5η: παράδειγμα ψαθυρού υλικού είναι ο χυτοσίδηρος )
10. Σκληρότητα (hardness)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται στη μόνιμη παραμόρφωση. Σαν ιδιότητα είναι ιδιαίτερα σημαντική, ιδίως όταν έχουμε να επιλέξουμε υλικό για εξαρτήματα που έρχονται σε επαφή μαζί τους, όπως: οδοντωτοί τροχοί (γρανάζια), εξαρτήματα στο ρουλεμάν, εξαρτήματα στο τροχό, κτλ.
Βιβλιογραφία: 1) "Σημειώσεις και Ασκήσεις στη Δομή Αεροσκαφών", Αντώνιος Μπαλντούκας
Για να προστατευτούμε απο κάτι τέτοιο, πρέπει να γνωρίζουμε πολύ καλά τις μηχανικές ιδιότητες του κάθε υλικού που θα χρησιμοποιήσουμε, αφού αυτό που χαρακτηρίζει ένα υλικό ως ανθεκτικό, ψαθυρό ή όλκιμο, είναι οι ιδιότητες αυτές.
Άς τις δούμε:
1. Αντοχή (strength)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται χωρίς να σπάσει όταν ασκούνται σε αυτό εξωτερικές δυνάμεις/φορτία. Συνήθως εκφράζεται ως τάση εφελκυσμού, θλίψης ή διάτμησης.
2. Ελαστικότητα (elasticity)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να επανέρχεται στο αρχικό του σχήμα και μέγεθος μετά απο παραμόρφωση λόγω επίδρασης εξωτερικών φορτίων.
3. Πλαστικότητα (plasticity)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να διατηρεί μόνιμη παραμόρφωση, χωρίς να επανέρχεται στο αρχικό του σχήμα και μέγεθος. Μια πολύ σημαντική ιδιότητα ορισμένων μεταλλικών υλικών, όπως για παράδειγμα του Αλουμινίου 2024 που χρησιμοποιείται στις ατράκτους των αεροσκαφών, είναι η ικανότητά τους να παραμορφώνονται αρκετά στη περιοχή πλαστικής παραμόρφωσης χωρίς όμως να αστοχούν !
( Σημείωση 1η: το ποσό ελαστικής παραμόρφωσης είναι πολύ μιρκό σε σχέση με αυτό της πλαστικής παραμόρφωσης )
( Σημείωση 2η: στα περισσότερα υλικά η σχέση τάσης παραμόρφωσης είναι γραμμική στην ελαστική περιοχή και μή γραμμική στην πλαστική περιοχή )
4. Ακαμψία/Δυσκαμψία (stiffness)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται στη παραμόρφωση κάτω υπο την επίδραση εξωτερικών φορτίων. Το μέτρο για την ακαμψία είναι το μέτρο ελαστικότητας. Η ακαμψία ή αλλιώς η δυσκαμψία είναι σημαντική ιδίως για περιστρεφόμενους άξονες.
5. Ευκαμψία (resilience)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να απορροφά ενέργεια κατά την ελαστική παραμόρφωση και να την απελευθερώνει όταν αποφορτίζεται. Η ιδιότητα αυτή είναι σημαντική ιδίως στα ελατήρια.
6. Δυσθραυστότητα (toughness)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να απορροφά ενέργεια πριν αστοχήσει, δηλαδή σε όλο το εύρος της παραμόρφωσης (ελαστικής και πλαστικής). Ουσιαστικά είναι η ενέργεια αστοχίας πριν τη θραύση.
7. Ελατότητα (malleability)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να παραμορφώνεται σε μεγαλύτερο βαθμό όταν υποβάλλεται σε θλιπτικά φορτία χωρίς την εμφάνιση ρωγμής. Με αύξηση της θερμοκρασίας, αυξάνεται και η ελατότητα του υλικού. Τα ελατά μέταλλα μπορούν να υποβληθούν σε έλαση (rolling), σφυρηλάτηση (forging) και διέλαση (extrusion). Η έλαση και η σφυρηλάτηση γίνονται σε θερμό περιβάλλον. Η ελατότητα είναι μια σημαντική ιδιότητα όταν το υλικό υποβάλλεται σε σφυρηλάτηση, έλαση και εξώθηση (drawing).
8. Ολκιμότητα (ductility)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να παραμορφώνεται όταν υποβάλλεται σε εφελκυστικά φορτία πριν την εμφάνιση ρωγμής. Η ιδιότητα αυτή είναι σημαντική ιδίως σε εξαρτήματα που υποβάλλονται σε απρόοπτα φορτία. Όλα τα όλκιμα υλικά είναι και ελατά (! το αντίστροφο δεν ισχύει). Στα όλκιμα υλικά η αστοχία -αν υπάρξει- γίνεται εμφανής εξαιτίας της ανοχής σε πλαστική παραμόρφωση.
( Σημείωση 3η: Τόσο η ελατότητα όσο και η ολκιμότητα μειώνονται όταν υπάρχουν ξένα σωματίδια στη δομή του μετάλλου )
( Σημείωση 4η: παραδείγματα όλκιμων υλικών είναι ο χάλυβας, ο χαλκός και το αλουμίνιο )
9. Ψαθυρότητα ( brittleness)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να αστοχεί χωρίς να παραμορφωθεί πλαστικά. Σαν ιδιότητα, είναι αντίθετη της ολκιμότητας. Ένα ψαθυρό υλικό, μπορεί να υποστεί πολύ μικρή έως και αμελητέα πλαστική παραμόρφωση και η αστοχία -αν υπάρξει- επέρχεται ξαφνικά.
( Σημείωση 5η: παράδειγμα ψαθυρού υλικού είναι ο χυτοσίδηρος )
10. Σκληρότητα (hardness)
Είναι η ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται στη μόνιμη παραμόρφωση. Σαν ιδιότητα είναι ιδιαίτερα σημαντική, ιδίως όταν έχουμε να επιλέξουμε υλικό για εξαρτήματα που έρχονται σε επαφή μαζί τους, όπως: οδοντωτοί τροχοί (γρανάζια), εξαρτήματα στο ρουλεμάν, εξαρτήματα στο τροχό, κτλ.
~ Πηγή για το άρθρο μου αποτέλεσε το βιβλίο του καθηγητή μου Αντώνη Μπαλντούκα, με τίτλο: "Σημειώσεις και Ασκήσεις στη Δομή Αεροσκαφών". Τον ευχαριστώ γι' αυτό... ! ~
Βιβλιογραφία: 1) "Σημειώσεις και Ασκήσεις στη Δομή Αεροσκαφών", Αντώνιος Μπαλντούκας
Σχόλια
Δημοσίευση σχολίου