Szilárd anyagok mechanikája. Karádi Kristóf Fogorvosi biofizika Biofizikai Intézet, PTE ÁOK

Hasonló dokumentumok
FOK Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai tárgy kolokviumi kérdései 2012/13-es tanév I. félév

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 8. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7.

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

merevség engedékeny merev rugalmasság rugalmatlan rugalmas képlékenység nem képlékeny képlékeny alakíthatóság nem alakítható, törékeny alakítható

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 6.

Szilárd testek rugalmassága

A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata

Anyagvizsgálatok. Mechanikai vizsgálatok

A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata

Fémtechnológiák Fémek képlékeny alakítása 1. Mechanikai alapfogalmak, anyagszerkezeti változások

12. Polimerek anyagvizsgálata 2. Anyagvizsgálat NGB_AJ029_1

A szerkezeti anyagok mechanikai tulajdonságai. Kalmár Emília ÓE Kandó MTI

A= a keresztmetszeti felület cm 2 ɣ = biztonsági tényező

Polimerek vizsgálatai

A szerkezeti anyagok mechanikai tulajdonságai

Polimerek vizsgálatai 1.

A szerkezeti anyagok mechanikai tulajdonságai

tervezési szempontok (igénybevétel, feszültségeloszlás,

5. Az acélszerkezetek méretezésének különleges kérdései: rideg törés, fáradás. BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék

Merev testek kinematikája

MECHANIKA I. rész: Szilárd testek mechanikája

Építőanyagok I - Laborgyakorlat. Fémek

FOK Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai tárgy kolokviumi kérdései 2017/18-es tanév

A.2. Acélszerkezetek határállapotai

Határfelületi reológia vizsgálata cseppalak analízissel

Anyagtudomány: hagyományos szerkezeti anyagok és polimerek

Fafizika 9. elıad NYME, FMK,

Lemez- és gerendaalapok méretezése

Fa- és Acélszerkezetek I. 11. Előadás Faszerkezetek II. Dr. Szalai József Főiskolai adjunktus

A beton kúszása és ernyedése

GEOTECHNIKA I. LGB-SE TALAJOK SZILÁRDSÁGI JELLEMZŐI

MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI

Tevékenység: Tanulmányozza a ábrát és a levezetést! Tanulja meg a fajlagos nyúlás mértékének meghatározásának módját hajlításnál!

Kizárólag oktatási célra használható fel!

VI. előadás március 11.

WESSLING Közhasznú Nonprofit Kft. Qualco MAE jártassági vizsgálatok

5. Az acélszerkezetek méretezésének különleges kérdései: rideg törés, fáradás.

Reológia Mérési technikák

Használhatósági határállapotok. Alakváltozások ellenőrzése

EC4 számítási alapok,

A töréssel szembeni ellenállás vizsgálata

Mechanikai tulajdonságok és vizsgálatuk

Tartószerkezetek I. (Vasbeton szilárdságtan)

Ütőmunka meghatározása acél próbatesten, Charpy-kalapáccsal, amely ingás ütő-hajlítómű (Charpyinga) Dr. Kausay Tibor

FERNEZELYI SÁNDOR EGYETEMI TANÁR

Anyagismeret a gyakorlatban (BMEGEPTAGA0) SZAKÍTÓVIZSGÁLAT

Atomerőművi anyagvizsgálatok (Erőművi berendezések élettartam számításának alapjai)

4. POLIMEREK SZAKÍTÓ VIZSGÁLATA

Járműelemek. Rugók. 1 / 27 Fólia

Szakítás BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR POLIMERTECHNIKA TANSZÉK POLIMEREK SZAKÍTÓVIZSGÁLATA

2. fejezet: Vasbeton keresztmetszet ellenõrzése hajlításra

10. Laboratóriumi gyakorlat TENZOMETRIKUS ÁTALAKÍTÓK

Mechanikai tulajdonságok és vizsgálatuk 1-2

HELYI TANTERV. Mechanika

XT - termékadatlap. az Ön megbízható partnere

Mechanika, dinamika. p = m = F t vagy. m t

Vasbeton tartók méretezése hajlításra

ANYAGSZERKEZETTAN ÉS ANYAGVIZSGÁLAT SZAKÍTÓVIZSGÁLAT

Külpontosan nyomott keresztmetszet számítása

Anyagszerkezettan és anyagvizsgálat 2015/16. Törés. Dr. Krállics György

Törés. Az előadás során megismerjük. Bevezetés

3. POLIMEREK DINAMIKUS MECHANIKAI VIZSGÁLATA (DMA )

A töréssel szembeni ellenállás vizsgálata

Anyagismeret I. A töréssel szembeni ellenállás vizsgálata. Összeállította: Csizmazia Ferencné dr.

Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságai

Forgácsnélküli alakítás NGB_AJ010_1. Beugró ábrajegyzék

BME Gépészmérnöki Kar 3. vizsga (112A) Név: 1 Műszaki Mechanikai Tanszék január 11. Neptun: 2 Szilárdságtan Aláírás: 3

Hegesztett gerinclemezes tartók

Anyagszerkezet és vizsgálat

Ismételt igénybevétellel szembeni ellenállás

Polimer alkatrészek méretezésének alapjai

Egy érdekes mechanikai feladat

DEBRECENI EGYETEM, MŰSZAKI KAR, ÉPÍTŐMÉRNÖKI TANSZÉK. Acélszerkezetek II. VI. Előadás. Rácsos tartók hegesztett kapcsolatai.

Kisciklusú fárasztóvizsgálatok eredményei és energetikai értékelése

Hatvani István fizikaverseny forduló megoldások. 1. kategória. J 0,063 kg kg + m 3

Miért kell megerősítést végezni?

A végeselem módszer alapjai. 2. Alapvető elemtípusok

Diffúzió 2003 március 28

1. Ütvehajlító vizsgálat

ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK. Anyagismeret 2007/08. Károsodás. Témakörök

Polimerek reológiája

II. Gyakorlat: Hajlított vasbeton keresztmetszet ellenőrzése (Négyszög és T-alakú keresztmetszetek hajlítási teherbírása III. feszültségi állapotban)

A talajok összenyomódásának vizsgálata

2. Tantermi Gyakorlat A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata Nyomóvizsgálat, hajlítóvizsgálat, keménységmérés

Mikropillárok plasztikus deformációja 3.

Budapesti Műszaki és Gazdaságudományi Egyetem

SOIL MECHANICS BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GEOTECHNIKAI TANSZÉK KONSZOLIDÁCIÓ

Gyakorlat 04 Keresztmetszetek III.

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7. Mechanikai tulajdonságok 1. Tesztelés. Tankönyv fejezetei: HF: 4. fej.: 1, 2, 4-6, 9, 11,

Kúszás BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR POLIMERTECHNIKA TANSZÉK POLIMEREK IDŐFÜGGŐ MECHANIKAI TULAJDONSÁGAI

Gépészeti rendszerek. RUGÓK (Vázlat) Dr. Kerényi György. Gépészeti rendszerek. Rugók. Dr. Kerényi György

Tömeg (2) kg/darab NYLATRON MC 901 NYLATRON GSM NYLATRON NSM Átmérő tűrései (1) mm. Átmérő mm.

Polimerek reológiája

Szakítás BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR POLIMERTECHNIKA TANSZÉK POLIMEREK SZAKÍTÓVIZSGÁLATA

Anyagismeret I. Nyomó, hajlító vizsgálat Keménységmérés. Összeállította: Csizmazia Ferencné dr.

Szilárd testek rugalmas alakváltozásai Nyú y j ú tás y j Hooke törvény, Hooke törvén E E o Y un un modulus a f eszültség ffeszültség

Tartószerkezetek I. (Vasbeton szilárdságtan) Szép János

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Átírás:

Szilárd anyagok mechanikája Karádi Kristóf Fogorvosi biofizika Biofizikai Intézet, PTE ÁOK 2016. 10. 15.

Fogak esetén a legközvetlenebb terhelés típus mindig mechanikai: az élelmet mechanikai módon szedi darabokra a fogunk, de az ugyanúgy mechanikailag (nyomás, nyírás, vagy ragacsos élelmek esetén húzás) hat a fogainkra, terhelést róva rá. Vagy, hogy egy másik példával éljünk, a fogszabályzó is mechanikai terheléssel forgatja helyre a fogakat. Fogak-mechanikai terhelés

Terhelési diagram Kulcsszavak: terhelés alakváltozás Befolyásoló tényezők: -anyagminőség (rugalmas anyagok hosszabb rugalmas tartománnyal rendelkeznek...stb) -terhelt test geometriája (vastagabb pálca nehezebben törik) -terhelés ideje (pillanatszerű hirtelen vagy folyamatos) visszaalakulás= erőleadási görbe -hőmérséklet (hevített fém alakítható, kihűlve viszont rideg, törékeny)

Deformáció típusok

Test keresztmetszetére merőleges erőkifejtés relatív megnyúlás: ε = l l 0 (hosszabb test jobban nyúlik) mechanikai (húzó) feszültség: σ = F A 0 (vastagabb test nehezebben nyúlik) (m.egys: Pa) terhelési diagram arányossági tartománya: σ~ε Húzás, Hook-törvénye azaz: σ = Eε (Hook törvény) E rugalmassági Young modulus, m. egys: Pa E nagyobb: merevebb test terhelési diagram: E = σ ε

Hook+test geometria σ = F A 0 σ = Eε F = E l A 0 l 0 F = A 0E l 0 l ε = l l 0 legyen D = A 0E l 0 (rugó)merevség F = D l

Haránt-összehúzódás d = μ l d 0 l 0 μ: Poisson szám (arányossági arány szám) kivétel, érdekesség: auxetikus anyagok: nyúlás + haránt növekvés együtt, negatív μ jövőbeni lehetséges alkalmazás: húzásra fogközt kitöltő fogselyem

Nyírás: Nyomás húzás ellentettje nyírási modulus Hook: σ nyíró = Gγ nyíró feszültség (F/A) elnyíródás szöge

Csavarás: (mint a nyírás, cask forgatónyomatékkal) forgatónyomaték elcsavarodás szöge M = G r4 π 2l φ nyírási modulus

Hajlítás: nyomás+húzás kombója másodrendű nyomaték (test geometriát jellemez) F = 3E θ l 3 s lehajlítás mértéke

Terhelési diagram részletezése σ: fezsültség ha σ nagyobb: az anyag ε: relatív alakváltozás Munka szakadás, törés σ sz : *szilárdság erősebb ε sz fajlagos törési munka (szívósság) rugalmasság határa σ r : rugalmassági határ rugalmasabb ε r : visszarugózó képesség fajlagos elasztikus deformációs munka 0,1% irreverzibilis változás σ f : folyási határ ε f *szakító vagy nyomó σ (σ sz, ε sz ) (σ sz -σ f ) ha nagyobb: képlékenyebb anyag (σ f, ε f ) (σ r, ε r ) ha is σ sz és σ f is kicsi: törékeny anyag ε

Keménység két különféle anyag mechanikai kölcsönhatásakor, a puhább könnyebben deformálódik fog fogorvosi fúró Keménység tesztek Mohs-skála keménység(hardness): H(B vagy V vagy K) = F A mértékegység: N/m 2 de ez nem a szokásos nyomás! (nyomóerő nem minding merőleges itt a nyomott felületre)

Törés fogak és a fogpótló anyagok törésmentességét biztosítanunk kell σ sz -t elérő σ: törés befolyásoló tényezők: feszültség, gyakorisága, környezeti hatások képlékeny, szívós törés: a képlékeny anyag még alkalmazkodna a törés előtt rideg, tiszta törés: a rideg anyag egyből törik START: repedés!

Azonban bármely törés típusról van szó a kiinduló pont szinte mindig egy repedés, ezért kell a fogakat, és a fogpótló anyagokat repedés mentesen eldolgozni, lehetőleg a repedések kiindulásának jobban ellenálló gömbölyű alakokat használni. Fáradás, fáradásos törés: σ sz sokszori terhelés után csökken, és rideg törés lesz egyéb fáradás típusok: -termikus fáradás -korróziós fáradás (mechanikai+kémiai) (pl.: ph változás) fáradási görbe

Fajlagos ütőmunka A korábbiak csak fokozatosan növekvő, egyensúlyi terhelésre igazak de lehet még hirtelen erős terhelés: nem egyensúlyi terhelés σ sz itt lehet pontatlan ütővizsgálat kell fajlagos ütőmunka: = mgh 0 mgh A mértékegys.:j/m 2 törési keresztmetszet Charpy-féle ütővizsgálat

A hőmérséklet befolyásolja (Liberty-osztályú hajók (hideg-rideg), II.VH)

Viszkoelaszticitás viszkozitás: folyásnak ellenállás elaszticitás: rugalmas alakíthatóság

Látható, hogy megnyúlás hatására viszkózus anyagban pillanatszerűen van végtelen feszültség, utána viszont egyből el is tűnik. Ellenben elasztikus anyagban addig van feszültség amíg a megnyúlás tart. Viszkoelasztikus anyagban pedig egy feszültség relaxációt figyelhetünk meg, melyet a következő egyenlet ír le: σ = σ 0 e t τ τ, relaxációs idő: σ e ad részére csökken τ = 0 viszkózus τ = elasztikus 0 < τ < viszkoelasztikus Minden anyag viselkedhet bármelyik módon t τ viszkózus viselkedés t τ elasztikus viselkedés

rips=szakad stretches=nyúlik silly putty, gyurmalin: ha gyors hatásnak tesszük ki: pl elhajítjuk, akkor rugalmasan viselkedik (pattan, vagy legrosszabb esetben eltörik), míg ha lassú hatásnak tesszük ki folyik tojásfehérje: ha gyorsan megbökjük akkor rugalmasan visszaalakul, ellenben ha lassan öntjük, akkor szétfolyik

Pongyolán összefoglalva: minél lassabb egy hatás, az anyag annál könnyebben reagál rá, ez azonban anyagonként különböző. A relaxációs időt egyébként így is meghatározhatjuk: τ = η G viszkozitás nyírási modulus

Viszkoelasztikus jelenségek: Kúszás: primer: gyors szekunder: egyenletes tercier: gyors törés: bár lehet σ sz alatt lenne még nagyobb terhelés, hőmérséklet: gyorsabb folyamat

Amalgám kúszása: más fémekkel ellentétben a száj hőmérsékletén is (mivel alacsony olvadáspontú fémötvözet) számottevő kúszása van. Az amalgámról bővebben (forrás wikipedia): higany más fémekkel való ötvözete. Különleges tulajdonságai abból fakadnak, hogy a higany szobahőmérsékleten is folyik. A megszilárdulás az ötvözés után következik be, így könnyen készíthető a fogorvosi helyszínen is tömés. A tömésből kijutó anyagok, (higany!) ugyan mérgezőek, de olyan kis mennyiségben jutnak ki, hogy nem jelentenek veszélyt. Ennek ellenére manapság biztonsági okokból kezdik felváltani más anyagokkal egyes országokban. Ón Cink Réz Ezüst Higany

Alak relaxáció: A kúszás folyamatát a relaxáció szakasza követi (tegyük fel még a törés előtt megszüntettük a feszültséget) Relaxáció esetén az anyag megpróbál visszaállni a feszültség előtti alakjába (ez nem biztos, hogy teljesen sikerül).

Egy másik jelenség a feszültség relaxáció (ernyedés), mely során a nyújtva tartott anyagban csökken a jelenlevő feszültség ( megadja magát ) Feszültség relaxáció:

Hiszterézis: Hiszterézis görbe: önmagába más úton visszatérő görbe. (energetikai jelentőség) A különféle utak abból adódnak, hogy az anyag mindig lassabban reagál az őt érő hatásra: megnyújtó erő hatására késve nyúlik, visszaalakuláskor, pedig késve megy össze, egy darabig inkább nyújtva van. Korább szó volt róla, hogy a görbe alatti terület megadja a folyamatba befektetett/abból kapott energiát. Látható, hogy hiszterézis görbe esetén nem kapjuk vissza a nyújtásba befektetett összes energiát. (ezt használják ki a lengés csillapítók, a futócipő is így csökkenti rugalmasan az őt érő ütőerőt, valamint a periodontális ligamentum így rögzíti rugalmasan a fogat a csontban)

Feladatok 1.) Egy meglehetősen képlékeny (mindössze 100 000 Pa a Young modulusa) 5 cm oldalhosszúságú kockát, mennyivel tudunk megnyújtani, ha 100 N erővel nyújtjuk? (a haránt összehúzódástól eltekinthetünk most) 2.) Egy 2 cm átmérőjű 100 000 Pa Young modulussal rendelkező egyik végén rögzített 5 cm hosszú hengerrúd szabad végét mennyire tudjuk meghajlítani, ha 1 N erővel hatunk rá? 3.) Egy anyagban a kezdeti feszültség 100 Pa, majd ez 15 sec alatt felére csökken. Mennyi az anyag relaxációs ideje? Néhány képlet (pár segít, pár bezavar) θ = π 4 r 2 4 r 1 4 d = μ l d 0 l 0 F = E l A 0 l 0 H = F A F = 3E θ l 3 s σ = σ 0 e t τ θ = π 4 r4

Feladat minta: Ezen alapszik Adatok (átváltva SI-be ha nehezen átláthatók) Megoldás Ismert egyenletek

1.) Egy meglehetősen képlékeny (mindössze 100 000 Pa a Young modulusa) 5 cm oldalhosszúságú kockát, mennyivel tudunk megnyújtani, ha 100 N erővel nyújtjuk? (a haránt összehúzódástól eltekinthetünk most) kifejtett geometriai Hook F = E l A 0 l 0 E = 100 000 Pa l 0 = 5cm = 0.05 m F = 100 N F l 0 2 = E l l 0 F = E l 2 A A 0 l 0 = l 0 0 l = F l 0 E = 100N 0.05 100 000Pa = 0.02m = 2cm

2.) Egy 2 cm átmérőjű 100 000 Pa Young modulussal rendelkező egyik végén rögzített 5 cm hosszú hengerrúd szabad végét mennyire tudjuk meghajlítani, ha 1 N erővel hatunk rá? Hajlítás F = 3E θ l 3 s d = 2 cm r = 1 cm = 0.01 m E = 100 000 Pa s = l3 F 3Eθ l = 5 cm = 0.05 m F = 1 N s = l3 F 3E π = 4l3 F 4 r4 3Eπr 4 = F = 3E θ l 3 s θ = π 4 r4 = 4 0.05 3 m 3 1N 3 100 000 Pa 3.14 0.01 4 m4 0.053m = 5.3cm

3.) Egy anyagban a kezdeti feszültség 100 Pa, majd ez 15 sec alatt felére csökken. Mennyi az anyag relaxációs ideje? feszültség relaxáció σ = σ 0 e t τ σ 0 = 100 Pa t = 15 s σ = 50 Pa σ = e σ 0 t τ ln σ σ 0 = t τ σ = σ 0 e t τ τ = t ln σ σ 0 = ln 15s 50Pa 100Pa = 21.64 s

Egy kis játék 1) 2) a) σ sz 2xb) σ = σ 0 e t τ 4) c) E 3) d) σ = Eε 5)

Megoldás 1) 4) 5) 2xb) σ = σ 0 e t τ d) σ = Eε 3) a) σ sz 2) c) E