Spänning och Töjning Flashcards
Förklara begreppen spänning och töjning
Spänning: Spänning är kraft per ytenhet och är ett mått på de interna krafter som verkar inom ett material på grund av de yttre krafter eller belastningar. Anges i Pa [N/m^2]
Töjning: Töjning är ett mått på hur mycket ett material deformeras efter yttre belastning. Det är materialets relativa längdförändring, det vill säga hur mycket materialt sträcks eller trycks ihop. Dimensionslöst och anges ofta i procent.
Vad är skillnaden på normalspänning och skjuvspänning?
Både normalspänning och skjuvspänning är spänningar som uppstår när materialet påverkas av yttre belastningar men skillnaden mellan dem ligger i riktningen av de krafter de representerar.
Normalspänning uppträder när en kraft verkar vinkelrät mot ett tvärsnittsarea av materialet. Tryck eller drag orsakas längst kraftens riktning.
Skjuvspänning uppträder när en kraft verkar parallellt med tvärsnittet. Glidning eller deforamtion orsakas längst tvärsnittet.
Hur tas hållfastheten fram för ett material?
Genom en arbetskurva dvs, spännings och töjningsdiagram.
En arbetskurva fås efter man utsätt materialet för ett passande test, som exempelvis ett dragprov eller tryckprov.
Vilka olika sorters hållfasthet finns det?
Tryckhållfasthet, draghållfasthet, Skjuvhållfasthet, Böjhållfasthet m. fl.
Vilka olika materialmodeller finns det?
Elastiskt material och plastiskt material. Ett mellanting är elasto-plastiskt material.
Vad förklarar Hookes lag?
Hooke’s lag beskriver förhållandet mellan spänning och töjning för material inom det elastiska området.
Den visar att spänningen är proportionell mot töjningen och att spänning samt töjning är materialberoende.
Förklara vad elasticitetsmodulen är för något och hur den tas fram.
Elasticitetsmodulen är en materialberoende parameter och beskriver styvheten hos elastiska material (det vill säga hur mycket det töjs vid en viss spänning). Matematiskt anger den lutningen på en arbetskurva i det linjära sambandet. Ett högt värde på E-modulen ger en brantare lutning på arbetskruvan vilket betyder att materialet är styvare.
E-modulen tas fram genom olika experimentella prov på materialet. Eftersom det är en materialberoende parameter behövs det genomföras lämpliga prov (som exempelvis ett dragprov) för att få fram värde för varje enskilt material.
Räkne fråga: Hur ändrar sig töjningen i en stång när man ändrar tvärsnittsarean eller elasticitetsmodulen? Anta att den belastande kraften är konstant.
Ändring av tvärsnittsarean: Spänning är en kraft per ytenhet det betyder att den kommer bli mindre med en ökad area och större med en minskad area. Det leder till att töjningen blir mindre med en ökad tvärsnittsarea. σ=F/A.
Ändring av E-modul: Om tvärsnittsarean är konstant och E-modulen ändras kommer en ökad E-modul ge en mindre töjning samtidigt som en minska E ger en större töjning. ε=σ/E.
Vilka faktorer avgör hur mycket ett element töjs när temperaturen ändras?
Materialets termiska egenskaper och differensen i temeratur avgör hur mycket ett element töjs vid temperaturändring. Dvs. εT=⍺(T-T0), där α är materialets längdutvidgningskoefficient [1/°C].
I samband med termisk töjning uppstår i vissa fall termiska spänningar – när är detta aktuellt?
Termiska spänningar uppstår då ett element på grund av sin utformning inte kan expandera eller kontrahera för att fullborda sin termiska töjning. exempelvis om det är fast inspänt, då uppstår det inre spänningar för att motverka rörelsen.
Vad är en axiell last?
En axiell last är en kraft som verkar längs ett stångformigt konstruktionselements längdriktning, antingen dragande eller tryckande.
Varför räcker det inte att bara titta på kraftens storlek för att avgöra hur mycket ett element belastas?
Kraftens storlek säger inget om nyttjandegraden. Spänning, som är kraft per ytenhet, tar hänsyn till elementets tvärsnittsarea.
Vad innebär det om normalspänningen är positiv respektive negativ?
Positiv normalspänning innebär dragspänning, medan negativ innebär tryckspänning.
Vad visar ett spänning–töjningsdiagram?
Det visar sambandet mellan spänning och töjning och ger information om materialets styvhet och hållfasthet.
Vad menas med hållfasthet?
Det är den maximala spänning ett material tål innan brott.
Vad menas med styvhetsegenskaper?
Styvhetsegenskaper beskriver hur mycket ett material motstår deformation när det utsätts för en belastning. Det handlar alltså om hur “styvt” eller “mjukt” ett material är.
Vad menas med styrkeegenskaper?
Styrkeegenskaper handlar om hur mycket belastning ett material klarar av innan det går sönder eller får permanenta skador.
Vad menas med hållfasthet?
Det är den maximala spänning ett material tål innan brott.
Vad innebär det att ett material är linjärt elastiskt?
Det innebär att spänning och töjning är proportionella (följer Hookes lag) och att materialet återgår till ursprunglig form vid avlastning.
E-modulen beskriver styvheten hos ett material. Förklara vad som menas med det.
E-modulen är en materialberoende parameter som beskriver styvheten hos ett material. Med styvhet menas materialet motstånd till att deformera under belastning.
* Hög E-modul ⮕ Brantare lutning ⮕ Syvare material (mindre töjning vid spänning)
* Det är inte alltid bra eftersom styva material spricker när hållfastheten överskrids.
Det finns en gräns som kallas flytgränsen, vart hittar man den och vad innebär den?
Flytgränsen, eller plasticeringsgränsen, finner man i en arbetskurva för ett elastiskt-idealplastiskt material (elasto-plastiskt). Fram till denna gräns beter sig materialet elastiskt och efter gränsen beter sig materialet plastiskt, dvs, materialet flyter eller plasticeras.
Vad händer när ett material flyter eller plasticeras?
Töjningen ökar trots den konstanta spänningen.
Hur beter sig betong under högt tryck?
Man talar om ett olinjärt samband eftersom man inte kan entydigt bestämma ett samband mellan spänning och töjning.
Vad är skjuvspänning och hur beräknas den?
Skjuvspänning orsakas av en kraft parallellt med en yta och beräknas enligt: 𝜏=𝑉/A, där 𝑉 är skjuvkraften och 𝐴 skjuvarean.
