Pevnost (fyzika)

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

Pevnost je fyzikální vlastnost pevných látek, vyjadřující jejich odolnost vůči vnějším silám.

Rozeznáváme tři druhy pevnosti:

Někdy se uvádějí ještě další pevnosti, závisející nejen na fyzikálních vlastnostech materiálu, ale i na jeho profilu:

  • vzpěrná pevnost
  • torzní pevnost
  • pevnost v ohybu

Pro zjišťování pevnosti (respektive meze pevnosti) jsou užívány specializované přístroje a metodiky.

Vzorce[editovat | editovat zdroj]

S pevností souvisí mez pevnosti σp (může být značena i jinak), jednotkou je Pa (Pascal). Mez pevnosti je maximální hodnota normálového napětí σn, při které ještě není porušena celistvost materiálu. Vypočítá se jako podíl deformující síly F a průřezu kolmého řezu S, na který tato síla působí:

σn= F/S,

nebo jako součin součin relativní deformace ε a materiálové konstanty E:

σn= εE.

V případě prostorové napjatosti je mezní stav pevnosti vyjádřen tzv. mezní plochou pevnosti v prostoru hlavních napětí (též Haighův nebo Haighův-Westergaardův prostor). K určení mezní plochy pevnosti mohou vést různé přístupy: fyzikální, experimentální, hypotetický. Fyzikální přístup je omezen úrovní znalostí o vnitřní stavbě látek. Naproti tomu hypotetický přístup je často využíván kvůli jednoduchosti použití při dostačující přesnosti.

Hypotézy pevnosti pro houževnaté materiály[editovat | editovat zdroj]

Houževnaté materiály se po překročení meze kluzu dostanou do plastického stavu, proto se napjatost obvykle vztahuje k mezi kluzu \sigma_K.

Prostorová napjatost se přepočte na tzv. redukované napětí (σred) a to se porovnává s dovoleným napětím. Má být \sigma_{red}\leq\sigma_D=\frac{\sigma_K}k, kde \sigma_K je mez kluzu a k je koeficient bezpečnosti.

  • τmax (též Trescova): \sigma_{red}=|\sigma_1-\sigma_3|; (σ1 a σ3 jsou největší a nejmenší hlavní napětí).
  • energetická (HMH nebo von Misesova): \sigma_{red}=\sqrt{(\sigma_1-\sigma_2)^2+(\sigma_2-\sigma_3)^2+(\sigma_3-\sigma_1)^2}

Hypotézy pevnosti pro křehké materiály[editovat | editovat zdroj]

Křehké materiály mají rozdílnou pevnost v tahu a v tlaku.

  • Podmínka křehké pevnosti podle maximálního normálového napětí (\sigma_{max}):

Pro tah: \sigma_{red}=\sigma_{max}\leq\sigma_{Dt}. Pro tlak: \sigma_{red}=|\sigma|_{max}\leq\sigma_{Dd}.

  • Mohrova podmínka křehké pevnosti: \sigma_{red}=\sigma_{max}-\rho\sigma_{min}\leq\sigma_{Dt},

kde \rho=\frac{\sigma_{Dt}}{\sigma_{Dd}}<1. Pro houževnaté materiály je \rho=1 a Mohrova podmínka přejde v hypotézu "\tau_{max}".

Pevnostní kritéria pro kompozitní materiály[editovat | editovat zdroj]

  • mikroskopická (maximální napětí, maximální deformace)
  • makroskopická: např. Hillovo, Tsai-Wu, Puck, LaRC.

Související články[editovat | editovat zdroj]