Stijfheid versus sterkte:verschillen en belangrijke factoren om op te merken

De sterkte en stijfheid van materiaal zijn twee cruciale eigenschappen om te begrijpen bij de evaluatie van producten. Ze spelen een grote rol bij het bepalen van de toepassing van materialen voor verschillende doeleinden. Sommige toepassingen vereisen producten die sterk moeten zijn en bestand moeten zijn tegen buigen. Dergelijke producten moeten ook in staat zijn de belasting over een vereist gebied te verdelen.

Vaak verwarren mensen deze eigenschappen als hetzelfde. Veel mensen verwarren beide concepten ook met de hardheid van materialen. Er zijn echter verschillende verschillen tussen hen. Daarom is het cruciaal om deze verschillen te begrijpen bij het kiezen van materiaal voor verschillende doeleinden.

Dit artikel legt het verschil uit tussen sterkte en stijfheid en hun technische eigenschappen. Het geeft ook tips voor het maken van perfecte ontwerpen met behulp van stijve en sterke materialen. Laten we er meteen in duiken!

Stijfheid versus kracht

Stijfheid en kracht zijn nauw met elkaar verbonden. Als zodanig zijn het gemakkelijk verwarrende termen als het gaat om engineering. Hun gebruik in gewone spraak maakt het voor de meeste mensen moeilijk om hun onderscheid te begrijpen. Dit maakt het ook vrij moeilijk om ze dienovereenkomstig te classificeren. Hoewel ze allebei een gevoel van weerstand impliceren, verschilt stijfheid op een groot aantal manieren van sterkte.

Wat is kracht?

Sterkte is een maat voor de hoeveelheid spanning die een materiaal kan weerstaan ​​zonder te breken. Dit is het vermogen van het materiaal om maximale belasting te dragen voordat het breekt of permanent vervormd wordt.

Wanneer een materiaal wordt vervormd, verandert het van vorm als reactie op de uitgeoefende kracht. Kracht verwijst daarom naar het vermogen van een materiaal om een ​​kracht op te vangen zonder te breken.

Het is een totale maat voor het vermogen van het materiaal om de belasting te weerstaan ​​die erop wordt uitgeoefend voordat het het punt van permanente vervorming bereikt. Ingenieurs associëren vaak een waarde die bekend staat als Yield Stress "σy" als kracht. Dit helpt om het verschil tussen sterkte en stijfheid vast te stellen. De sterkte van een materiaal is het resultaat van zijn chemische samenstelling en warmtebehandeling.

Soorten kracht

Er zijn verschillende soorten en maten van sterkte om te controleren bij het beoordelen van materialen. Ze omvatten het volgende:

Treksterkte

Dit is de maximale hoeveelheid rekken of trekken die een materiaal kan vergen voordat het permanent beschadigd raakt. Treksterkte is in wezen een maat voor hoeveel het materiaal kan weerstaan. Het is een handig referentiepunt voor hoe onderdelen zullen presteren in toepassingen.

Er zijn drie hoofdtypen treksterkte, waaronder:

• Opbrengststerkte. Dit is het punt waarop het materiaal plastisch begint te vervormen.
• Ultieme treksterkte. Dit is de ultieme of maximale spanning die een materiaal kan weerstaan ​​zonder te breken.
• Breekbare kracht. Dit beschrijft de sterktecoördinaat op de sterkte-rekcurve op het breukpunt.

Impactsterkte

Impactsterkte is een maat voor de hoeveelheid impact of uitgeoefende kracht die materiaal kan hebben voordat het vervormt. De belasting die de impact veroorzaakt en de materiaallimiet worden uitgedrukt in energie. Daarom meet de slagvastheid het energieniveau dat een materiaal kan opnemen voordat het vervormt.

Drukkracht

Zoals de naam al aangeeft, is druksterkte het maximale niveau van compressie of druk dat een materiaal kan weerstaan. Het wordt gemeten met een universele testmachine. Deze machine oefent een grote belasting uit op het materiaal.

Opbrengststerkte versus ultieme kracht

Zoals de naam al aangeeft, is de vloeigrens de maximale belasting die een materiaal kan verdragen voordat het begint mee te geven en permanent te vervormen. Op dit punt vervormt het materiaal wanneer de grootste kracht wordt uitgeoefend om het vloeipunt te bereiken.

Aan de andere kant verwijst de ultieme treksterkte naar de maximale hoeveelheid spanning die een materiaal kan weerstaan ​​tijdens het strekken. De uiteindelijke treksterkte is de hoogste weerstand van het materiaal tegen de uitgeoefende kracht. Het resulteert vaak in de permanente rek of rek van het materiaal.

Zowel de vloeigrens als de treksterkte zijn echter indicatoren voor het vermogen van een materiaal om vervorming te weerstaan.

Wat is stijfheid van materiaal?

Stijfheid van materiaal is de maatstaf voor het vermogen van een materiaal om terug te keren naar zijn oorspronkelijke vorm nadat het is ingewerkt door een externe kracht. Het verwijst naar het vermogen van het materiaal om externe krachten te weerstaan ​​en toch terug te keren naar zijn oorspronkelijke vorm.

Deze krachten omvatten buigen, strekken en andere vormen van spanning. Het kan ook worden aangeduid als de stijfheid van een materiaal. Dit is het vermogen om vervorming te weerstaan. Stijfheid is nauw verwant aan elastische of flexibele materialen. Hoe flexibeler een materiaal is, hoe minder stijfheid.

In het algemeen is stijfheid de totale maat voor de hoeveelheid doorbuiging veroorzaakt door de belasting op het materiaal. Ingenieurs associëren vaak een waarde die bekend staat als Young Modulus "E" voor stijfheid.

Het kennen van de eigenschappen van materialen is belangrijk voor het ontwerp van uw onderdeel. Als u suggesties heeft over de materiaalkeuze om onderdelen van hoge kwaliteit te maken, is RapidDirect uw beste partner.

Relatie tussen stijfheid en kracht

Als het gaat om stijfheid versus sterkte, is het gemakkelijk om dingen te verwarren. Het lijkt vaak logisch dat als een materiaal stijf is, het sterk genoeg is om kracht te weerstaan ​​en belasting te dragen zonder te breken. Dit is echter niet het geval, aangezien "sterker" niet noodzakelijkerwijs "stijver" betekent.

De sterkte en stijfheid van een materiaal zijn niet direct gerelateerd. Dit is duidelijk wanneer deze materialen met verschillende stijfheids- en sterkte-eigenschappen worden blootgesteld aan externe krachten. Door de eigenschappen van het stijve materiaal kan het terugkeren naar zijn oorspronkelijke vorm nadat het verschillende vormen heeft aangenomen om de kracht op te nemen.

Aan de andere kant verandert een sterk materiaal niet van vorm. Het weerstaat de kracht, of het vervormt permanent als de kracht groter is dan de treksterkte. Dit kan verwarrend zijn voor louter logica, omdat weerstand tegen fysieke vervorming een belangrijk onderdeel is van het definiëren van zowel sterkte als stijfheid. Het materiaal kan echter gemakkelijk breken als het een lage sterkte heeft. Als het een lage stijfheid heeft, kan het een hoge belasting afbuigen.

Wat is het verschil tussen kracht en stijfheid van materiaal?

Sterkte en stijfheid zijn twee fysieke eigenschappen van een materiaal. Een belangrijk verschil tussen beide is dat stijfheid het vermogen van een object is om spanning te weerstaan ​​zonder te breken. Aan de andere kant is sterkte het vermogen van een object om vervorming te weerstaan ​​wanneer er spanning wordt uitgeoefend.

Kracht meet de spanning of kracht die op een materiaal wordt uitgeoefend voordat het breekt (treksterkte) of permanent vervormt (vloeisterkte). Stijfheid van materiaal bepaalt echter hoe een materiaal buigt om de uitgeoefende kracht te weerstaan, terwijl het terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm bij het wegnemen van de kracht.

Een sterk materiaal met minder stijfheid zal breken als de uitgeoefende kracht de treksterkte overschrijdt. Het sterke materiaal verandert niet van vorm. Als de uitgeoefende kracht zijn kracht overschrijdt, breekt het gewoon en verliest het zijn oorspronkelijke vorm volledig.

Stijf materiaal met minder sterkte zal echter doorbuigen. De doorbuiging helpt het om de kracht op te vangen die erop wordt uitgeoefend. Daarom kan het terugkeren naar zijn oorspronkelijke vorm zodra de kracht is weggenomen.

Beste praktijken bij het ontwerpen voor kracht en stijfheid

Stijfheid versus sterkte vormt een belangrijk onderwerp voor overweging bij de productie. Hier zijn vier best practices om voor en tijdens een ontwerpproces onder controle te houden.

1. Bereken de verwachte spanning op elk materiaal

Om te bepalen waar tegenslagen kunnen optreden, moet u de verwachte kracht bepalen die op elk materiaal wordt uitgeoefend. Het is belangrijk om te weten hoe je de stijfheid van materiaal kunt testen. Dit doe je door te meten hoe het beoogde ontwerp reageert op wisselende krachten. Om dit te onderzoeken, kunt u instrumentatietechnieken gebruiken om het modelgedrag te voorspellen en de resulterende gegevens te analyseren. Bovendien moet u rekening houden met kruip- en vermoeiingsvariabelen in alternatieve systemen die verband houden met de omgeving waaraan het materiaal zou worden blootgesteld.

2. Voer vóór de selectie tests uit op een reeks materialen

Materialen met bekende mechanische eigenschappen moeten worden gebruikt om te testen op sterkte of stijfheid met de externe kracht. Materialen zoals keramiek zijn broos. Ze vertonen geen vervorming vóór breuk. Bij het uitoefenen van kracht breken ze snel en worden permanent vervormd. Metalen daarentegen hebben taaie en brosse eigenschappen. Als ze ductiel zijn, vertonen ze plastische vervorming voordat ze breken. De broze alternatieven worden permanent vervormd bij het uitoefenen van kracht voorbij het vloeipunt

3. Identificeer belangrijke factoren terwijl u aan uw ontwerp begint

Het is belangrijk om factoren en componenten te identificeren die het belangrijkst zijn voor uw ontwerp. Deze factoren kunnen onder meer uniforme en stootbelastingen zijn, evenals constante en geconcentreerde belastingen. Dit is vooral cruciaal in de beginfase van uw ontwerp bij het ontwikkelen van uw ontwerp met CAD-software. Dit zal u helpen om grafische representaties van die componenten te maken met behulp van blokdiagrammodellering en bindingsgrafieken. Daarom krijgt u een idee van de vereiste stijfheid en sterkte.

4. Bevestig de functionaliteit van het ontwerp voordat u een prototype maakt

U kunt overleggen met ingenieurs om uw ontwerp te beoordelen. Zij helpen u bij het maken van een technische analyse van uw ontwerp en geven waar nodig beoordelingen. Profiteer van FEA-analyse om de geometrie van uw ontwerp te optimaliseren. Zorg er vervolgens voor dat de numerieke resultaten gesynchroniseerd zijn voordat u een prototype maakt.

Conclusie

Het is belangrijk om de individuele rollen van sterkte en stijfheid van materiaal bij fundamentele besluitvorming te begrijpen. Het zijn zeer essentiële factoren bij de productie van hoogwaardige producten. Dit komt omdat de productie afhankelijk is van de reactie van het materiaal op de uitgeoefende kracht of belasting.

De meest betrouwbare manier om het verschil tussen sterkte en stijfheid te begrijpen, is door samen te werken met een betrouwbaar bedrijf. Bij RapidDirect begrijpen we de interacties tussen verschillende productontwerpen en materialen. We begrijpen ook hoe deze materialen interageren met de grond en met de belasting van de apparatuur.

Daarom staan ​​we klaar om onze expertise en ervaring in te zetten om u te helpen bij de productie van uw materialen. RapidDirect helpt u van materiaalselectie en -aankoop tot prototyping en productieproductie. We bieden materiaalcertificaten, ISO 9001:2015-certificering en robuuste kwaliteitscontrole. Al deze, en meer, zijn beschikbaar tegen een scherp tarief.