Kap 6 - Hållfasthet

Question 1

Definiera begreppen normalspänning och töjning.

Answer 1

Normalspänning: Den spänning som verkar vinkelrätt mot en yta.

Töjning: Förhållandet mellan förlängningen och ursprungslängden.

Question 2

Definiera begreppen normalspänning och töjning.

Answer 2

Normalspänning definieras som den spänning som verkar vinkelrätt mot en yta och brukar betecknas . När spänningen inverkar förlängs provstaven ett stycke L. Förhållandet mellan förlängningen och den ursprungliga längden betecknas som töjningen =deltaL/L

Question 3

Vad menas med en arbetslinje? Vilka andra namn används ibland för detta begrepp?

Answer 3

Arbetslinjen beskriver förhållandet mellan normalspänning och töjning. Spännings-töjnings-diagram används även för att benämna detta samband.

Question 4

Vad kännetecknar en elastisk deformation?

Answer 4

Elastisk deformation innebär att materialet återgår till sitt ursprungliga tillstånd efter man har avlastat materialet efter att det har utsätts för normalspänning.

Question 5

Definiera begreppet elasticitetsmodul.

Answer 5

Elasticitetsmodulen beskriver lutningen för arbetskurvan dvs. hur mycket töjningen ökar när spänningen ökar. E = 𝜎 /𝜺 = spänning/töjning

Question 6

Vad kännetecknar en plastisk deformation?

Answer 6

När belastningen ökar hos ett material uppstår till slut omfattande bristningar eller av förändringar av bindningar i materialet. Dessa deformationer återgår inte efter avlastning. En plastisk deformation har uppstått.

Question 7

Definiera begreppen elasticitetsgräns och proportionalitetsgräns.

Answer 7

När belastningen blir så hög att plastiska deformationer uppstår har elasticitetsgränsen nåtts. Proportionalitetsgräns är i realiteten likställt med elasticitetsgräns då elasticitet i regel är liktydigt med proportionalitet mellan spänning och töjning.

Question 8

Rita arbetslinjen för ett s.k. mjukt stål. Markera övre och undre sträckgräns, flytområde, brottgräns, gränstöjning och brottöjning.

Question 9

Definiera begreppet 0.2-gräns.

Answer 9

För material som saknar ett flytområde
så vill man begränsa ett matrials permaneta deformation efter avlastning. Denna deformation får max vara 𝜺 = 0.2 % vilket ger en maximal spänning som motsvarar den deformationen enligt Hooke’s lag 𝜎 = E𝜺

Question 10

Hur verkar en skjuvspänning i ett material?

Answer 10

Skjuvspänningar tau i material verkar inte vinkelrätt som normalspänningar utan parallellt med planet.

Question 11

Ge fyra exempel på spröda byggnadsmaterial.

Answer 11

Betong, tegel, glas, natursten, gips och vissa plaster är spröda byggnadsmaterial. Även trä till stor del.

Question 12

Ge fyra exempel på sega byggnadsmaterial.

Answer 12

Många metaller, stål, glasfiberarmerad plast, stålfiberarmerad betong

Question 13

Vilka är de principiella skillnaderna mellan sega och spröda material.

Answer 13

Spröda material har sin brottgräns vid elasticitetsgränsen, de töjs alltså endast linjärt till brott. Sega material passerar elasticitetsgränsen och töjs icke-linjärt efter gränsen har nåtts. Sega material deformeras alltså plastiskt innan de brott uppnås. Spröda material genomgår alltså ingen plastisk deformation innan brott.

Question 14

Beskriv principen för kallbearbetning av material. Vilka effekter får denna på materialets egenskaper?

Answer 14

Kallbearbetning innebär att materialet utsätts för en dragspänning över proportionalitetsgränsen så att den vid ny pålastning efter avlastning har en förhöjd sträckgräns och en minskad brottförlängning. Materialet kan således utnyttjas till högre påkänningar men är samtidigt sprödare.

Question 15

Beskriv med en figur sambandet mellan spänning och töjning vid belastning av ett segt material över elasticitetsgränsen samt därefter avlastning och förnyad pålastning.

Question 16

Varför har spröda material en tryckhållfasthet som är många gånger större än dess draghållfasthet?

Answer 16

Därför att vid dragbelastning orsakar horisontellt orienterade sprickor en reduktion av tvärsnittsarean och spänningskoncentrationer vid sprickans ändar vilket reducerar det uppmätta hållfasthetsvärdet. Därför armerar man betong som är sprött för att öka just draghållfastheten.

Spröda material har mikrosprickor, vilket vid drag spricker ännu mer. Vid tryck så trycks det bara ihop

Question 17

Ge tre exempel på material som på grund av anisotropi har olika hållfasthetsegenskaper i olika riktningar. Hur har anisotropin uppstått?

Answer 17

Valsad stålplåt: där tillverkningsmetoden har gett en bandstruktur.
Trä: Har en speciell uppbyggnad som innebär att man alltid måste ange hur kraften verkan och vilken spänningstyp som gällt vid provning.
Betong: Större tryckhållfasthet än draghållfasthet

Anisotropi i ett material betyder att en fysikalisk egenskap varierar beroende på riktning i materialet. Trä är på grund av sina fiberegenskaper det mest anisotropa byggnadsmaterialet. Anisotropi kan finnas på både makro- och mikrostrukturen och beror på uppbyggnaden i materialen. Tillverkningstekniken kan ge upphov till anisotropi (ex. valsning, träfiberskivor, mineralull)

Question 18

Vilket brottvillkor brukar användas för betong vid tvåaxlig spänning?

Answer 18

Hållfastheten är oförändrad om spänningarna har samma tecken, men sjunker om de har olika tecken. Detta motsvarar Trescas flytvillkor för metaller, med skillnaden att betong har olika tryck- och draghållfasthet.

Question 19

Vad menas med ett materials utmattningshållfasthet?

Answer 19

Utmattningshållfastheten anger den brotthållfasthet som materialet uppvisar vid spänningsvariationer.

Question 20

Hur bestäms draghållfastheten för sega respektive spröda material? Varför använder man olika metoder?

Answer 20

Draghållfastheten för sega material bestäms generellt med mätning av hela arbetskurvan. En sådan mätning krävs för att kunna bestämma 0.2-gräns. För stål med tydlig sträckgräns går det däremot att avläsa både övre och undre sträckgräns samt brottgräns utan töjningsmätningar.

Draghållfastheten för spröda material är svårare att bestämma rent provtekniskt då det vid infästningen i provningsmaskinen lätt kan uppstå lokala påkänningar som kan leda till okontrollerat brott. Man brukar därför använda böjprov eller spräckprov. Dessa värden är dock inte helt korrekta vilket bl.a beror på att det under lastens angreppsyta uppstår höga tryckspänningar.

Question 21

Nämn fyra faktorer som påverkar resultatet vid provning av hållfastheten hos ett material. Ange även hur resultatet påverkas.

Answer 21

Stora provkroppar ger lägre hållfasthetsvärden än små
Avlånga provkroppar ger lägre värden än kuber
Långsam belastning ger lägre värden än snabb
Våta provkroppar ger lägre värden än torra

Question 22

Ge tre exempel på material som på grund av anisotropi har olika hållfasthetsegenskaper i olika riktningar. Hur går anisotropin uppstått?

Answer 22

-Valsad stålplåt: högre hållfasthet i tvärriktningen där anisotropin uppstått genom tillverkningsmetoden.

-Trä: Olika hållfasthet i olika riktning, anisotropin beror på träets uppbyggnad med fibrer, årsringar m.m.

-Fibermaterial i skivform (trä, mineralull) är i regel anisotropa då fibrerna tenderar att lägga sig
parallellt med skivans plan.