Jeder Stahl hat einen Elastizitätsmodul von 200 GPa (29 000 ksi) (dies ist die Steigung des geraden Teils des Diagramms). Die Endfestigkeit liegt zwischen 300 und 400 MPa (Blick auf die Grafik), und die Ausbeute liegt normalerweise bei 200 MPa (wo gerade wird gekrümmt).
In einer Testmaschine können Sie eine Stahlstange für immer auf diesem geraden Teil des Diagramms auf und ab strecken und schrumpfen (nun, Müdigkeit tritt ein). Sobald Sie jedoch in den gekrümmten Teil gelangen, folgt das Entladen einem anderen Pfad (siehe gestrichelte Linie).
Für strukturelle Zwecke ist die Streckgrenze der begrenzende Faktor. Mit anderen Worten, Sie möchten, dass Ihr Design vollständig auf den elastischen (geraden) Bereich des Spannungs- / Dehnungsdiagramms beschränkt ist. Wenn Sie in den Kunststoffbereich gehen, verformen Sie das Material dauerhaft. (Obwohl Flugzeugkonstrukteure aus Gewichtsgründen gut in den Kunststoffbereich vordringen).
Der einzige Grund, Edelstahl zu kaufen, ist, dass Sie die Edelstahl-Eigenschaft benötigen (dh Fertigarbeiten). Es ist viel zu teuer. Für die meisten Zwecke sind normale Rostschutzmaßnahmen ausreichend (z. B. ordnungsgemäße Lackabdeckung und -wartung oder sogar Verchromung für fertige Oberflächen). Edelstahl hat einen niedrigeren Elastizitätsmodul und verformt sich bei geringen Belastungen stärker. Diese "Dehnbarkeit" macht es jedoch viel härter (aber nicht stärker!). Denken Sie daran, einen trockenen Zweig gegen einen grünen zu schnappen.
Die Härte spielt für strukturelle Zwecke keine Rolle. Es wird zu einem Faktor im Werkzeugbau und in der Maschinenkonstruktion, jedoch nicht für einfache tragende Anwendungen.
BEARBEITEN:
Steifheit / Elastizität.
Zuerst müssen wir die Dehnung als (Länge der Verformung) / (ursprüngliche Länge) definieren. Dies ist eine dimensionslose Größe, aber Sie können mm / mm oder in / in verwenden, wenn Sie dies so betrachten möchten. Sie können es sich auch als% Stretch / 100 vorstellen (dh gemessen als PerUnit statt PerCent - Basis von 1 statt 100)
Nun definieren wir Spannung als auf die Querschnittsfläche ausgeübte Kraft. Denk darüber nach. Je mehr Kraft, desto mehr Dehnung. Je dicker die Stange ist, desto widerstandsfähiger ist sie gegen Dehnung. Stress ist also eine Kombination dieser beiden Faktoren.
Die Verformungsgleichung lautet Spannung = E * Dehnung, wobei E der Elastizitätsmodul oder Elastizitätsmodul ist. Es hat Druckeinheiten - üblicherweise ausgedrückt in GPa (Kn / mm ^ 2) oder Kpi (Kilopounds-Kraft pro Quadratzoll).
Ein 1 mm ^ 2-Draht wird also doppelt so lang, wenn er mit 200 Kn Kraft belastet wird. Tatsächlich bricht er lange vorher.
Biegen:
Dies ist komplex und wir müssen das zweite Moment der Querschnittsfläche herausfinden. Für ein Rechteck ist dies I = bh ^ 3/12, wobei b die horizontale Dimension und h die vertikale Dimension ist. Dies setzt voraus, dass die Last nach unten gerichtet ist. Wenn Sie horizontal laden, definieren Sie vertikal und horizontal in Bezug auf die Kraftrichtung.
Jetzt müssen wir eine Ladefunktion erstellen. Dies ist eine mathematische Funktion, die die Kraft an jedem Punkt des Trägers definiert.
Integrieren Sie diese Funktion. Das Ergebnis ist die Scherfunktion.
Integrieren Sie es erneut. Das Ergebnis ist die Biegemomentfunktion.
Multiplizieren Sie es mit 1 / EI (Elastizitätsmodul * Trägheitsmoment). Dieser Faktor berücksichtigt die Materialeigenschaft und die geometrische Eigenschaft.
Integrieren Sie es erneut. Das Ergebnis ist die Ablenkwinkelfunktion (im Bogenmaß).
Integrieren Sie es erneut. Das Ergebnis ist die absolute Auslenkungsfunktion. Jetzt können Sie x (Abstand vom Ursprung) einstecken und die Ablenkung in den Einheiten empfangen, mit denen Sie gearbeitet haben.