Удельная прочность

Уде́льная про́чность — предел прочности материала, отнесённый к его плотности. Показывает, насколько прочной будет конструкция при заданной массе.

Единица измерения — м²/с².

Удельная прочность характеризует весовую выгодность данного материала в виде стержня, работающего на растяжение-сжатие, по сравнению с другими материалами при одинаковой для всех материалов прочности. При этом вес стержня будет обратно пропорциональна удельной прочности материала. Последнее положение без всяких оговорок может применяться к стержням, работающим на растяжение, простому сжатию и сдвигу. В случаях сгиба, кручения и продольного изгиба формулы удельной прочности базируются на дополнительном условии геометрического подобия сечений стержней из сравниваемых материалов. Следовательно, при равной прочности легким по массе будет стержень, материал которого имеет большую удельную прочность.

Удельная прочность материалов особенно важна для авиастроения, ракетостроения, космических аппаратов. Поэтому, она приводится в характеристиках при выборе материала для конструктивных элементов летательных аппаратов. Чем больше удельная прочность материала, тем меньшую массу может иметь элемент конструкции, работает на растяжение или сжатие. При выборе материала для элемента с заранее заданной формой (а иногда и определёнными размерами) поперечного сечения, работающим на изгиб, продольный изгиб или кручение, необходимо использовать математические выражения, определяющие удельную прочность при этих видах нагрузок.[1]

Если разделить удельную прочность на ускорение свободного падения, то получится максимальная длина нити из материала постоянного сечения, которая в однородном гравитационном поле может висеть вертикально вниз, без обрыва под своим собственным весом. Для сталей эта длина составляет величину до 26 км[2].

Удельная прочность при растяжении конструкционных материалов

Материал	Допустимое напряжение, МПа	Плотность, г/см³	Удельная прочность, (кН·м/кг	Длина разрыва от собственного веса, км	Источник
Бетон	12	2,30	4,35	0,44
Резина	15	0,92	16,3	1,66
Медь	220	8,92	24,7	2,51
Бронза	580	8,55	67,8	6,91	[3]
Нейлон	78	1,13	69,0	7,04	[4]
Дуб	90	0,78—0,69	115—130	12—13	[5]
Полипропилен	25—40	0,90	28—44	2,8—4,5	[6]
Магний	275	1,74	158	16,1	[7]
Алюминий	600	2,80	214	21,8	[8]
Нержавеющая сталь	2000	7,86	254	25,9	[8]
Титан	1300	4,51	288	29,4	[8]
Бейнит	2500	7,87	321	32,4	[9]
Бальса	73	0,14	521	53,2	[10]
Стальная проволока Scifer	5500	7,87	706	71,2	[9]
Углепластик	1240	1,58	785	80,0	[11]
Нитка паутины	1400	1,31	1069	109
Волокно карбида кремния	3440	3,16	1088	110	[12]
Стекловолокно	3400	2,60	1307	133	[8]
Базальтовое волокно	4840	2,70	1790	183	[13]
Железный вискер перетином 1 мкм	14 000	7,87	1800	183	[9]
Вектран	2900	1,40	2071	211	[8]
Kevlar49	3000	1,44	2083	212	[14]
Углеродное волокно (AS4)	4300	1,75	2457	250	[8]
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности	3600	0,97	3711	378	[15]
Полимер Zylon	5800	1,54	3766	384	[16]
Углеродные нанотрубки	62 000	0,037—1,34	более 46 268	более 4716	[17][18]
Колоссальные углеродные трубки	6900	0,116	59 483	6066	[19]

Примечания

Чумак П. И., Кривокрысенко В. Ф. Расчет и проектирование сверхлегких самолетов. — М.: Патриот, 1991. — 238 с. — C. 87. — ISBN 5-7030-0224-9.
Comparison of properties of various engineering materials (англ.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 24 апреля 2010. Архивировано 11 марта 2006 года.
RoyMech: Copper Alloys (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 10 сентября 2019. Архивировано 17 июля 2011 года.
Polyamide Nylon 6
Mechanical Properties of Wood
Polypropylene
eFunda: Magnesium Alloys
Vectran fiber tensile Properties (неопр.). Kuraray group. Дата обращения: 29 декабря 2013. Архивировано 30 декабря 2013 года.
52nd Hatfield Memorial Lecture: «Large Chunks of Very Strong Steel» Архивировано 23 декабрь 2012. by H. K. D. H. Bhadeshia 2005
Tropical Balsa Wood
McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, 8th Edition, 1997, vol. 1, p. 375
Specialty Materials, Inc SCS Silicon Carbide Fibers (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 10 сентября 2019. Архивировано 4 апреля 2018 года.
Properties Of Basalt Fiber Архивировано 4 січень 2014. (англ.)
KEVLAR Technical Guide (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 10 сентября 2019. Архивировано 27 мая 2013 года.
Dyneema Fibre
Toyobo Co.,Ltd. ザイロン (PBO 繊維)技術資料 (2005) (неопр.) (free download PDF). Дата обращения: 29 декабря 2013. Архивировано 26 апреля 2012 года.
Yu, Min-Feng; Lourie, O.; Dyer, M. J.; Moloni, K.; Kelly, T. F.; Ruoff, R. S. Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load (англ.) // Science : journal. — 2000. — Vol. 287, no. 5453. — P. 637—640. — doi:10.1126/science.287.5453.637. — . — PMID 10649994.
K.Hata. From Highly Efficient Impurity-Free CNT Synthesis to DWNT forests, CNTsolids and Super-Capacitors (неопр.) (free download PDF) (недоступная ссылка). Дата обращения: 10 сентября 2019. Архивировано 15 декабря 2018 года.
Peng, H.; Chen, D.; , Huang J.Y. et al. Strong and Ductile Colossal Carbon Tubes with Walls of Rectangular Macropores (англ.) // Phys. Rev. Lett. : journal. — 2008. — Vol. 101, no. 14. — P. 145501. — doi:10.1103/PhysRevLett.101.145501. — . — PMID 18851539.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[1] Чумак П. И., Кривокрысенко В. Ф. Расчет и проектирование сверхлегких самолетов. — М.: Патриот, 1991. — 238 с. — C. 87. — ISBN 5-7030-0224-9.

[2] Comparison of properties of various engineering materials (англ.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 24 апреля 2010. Архивировано 11 марта 2006 года.

[3] RoyMech: Copper Alloys (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 10 сентября 2019. Архивировано 17 июля 2011 года.

[4] Polyamide Nylon 6

[5] Mechanical Properties of Wood

[6] Polypropylene

[7] Funda: Magnesium Alloys

[vectran-8] Vectran fiber tensile Properties (неопр.). Kuraray group. Дата обращения: 29 декабря 2013. Архивировано 30 декабря 2013 года.

[bhadeshia-9] 52nd Hatfield Memorial Lecture: «Large Chunks of Very Strong Steel» Архивировано 23 декабрь 2012. by H. K. D. H. Bhadeshia 2005

[10] Tropical Balsa Wood

[11] McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, 8th Edition, 1997, vol. 1, p. 375

[12] Specialty Materials, Inc SCS Silicon Carbide Fibers (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 10 сентября 2019. Архивировано 4 апреля 2018 года.

[13] Properties Of Basalt Fiber Архивировано 4 січень 2014. (англ.)

[14] KEVLAR Technical Guide (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 10 сентября 2019. Архивировано 27 мая 2013 года.

[15] Dyneema Fibre

[16] Toyobo Co.,Ltd. ザイロン (PBO 繊維)技術資料 (2005) (неопр.) (free download PDF). Дата обращения: 29 декабря 2013. Архивировано 26 апреля 2012 года.

[17] Yu, Min-Feng; Lourie, O.; Dyer, M. J.; Moloni, K.; Kelly, T. F.; Ruoff, R. S. Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load (англ.) // Science : journal. — 2000. — Vol. 287, no. 5453. — P. 637—640. — doi:10.1126/science.287.5453.637. — . — PMID 10649994.

[18] K.Hata. From Highly Efficient Impurity-Free CNT Synthesis to DWNT forests, CNTsolids and Super-Capacitors (неопр.) (free download PDF) (недоступная ссылка). Дата обращения: 10 сентября 2019. Архивировано 15 декабря 2018 года.

[19] Peng, H.; Chen, D.; , Huang J.Y. et al. Strong and Ductile Colossal Carbon Tubes with Walls of Rectangular Macropores (англ.) // Phys. Rev. Lett. : journal. — 2008. — Vol. 101, no. 14. — P. 145501. — doi:10.1103/PhysRevLett.101.145501. — . — PMID 18851539.