Özgül dayanım

Özgül dayanım, yoğunluğa göre bölünmüş bir malzemenin gücü anlamına gelir (arızada birim alan başına kuvvet). Aynı zamanda direnç-ağırlık oranı veya mukavemet/ağırlık oranı veya dayanım-kütle oranı olarak da bilinir. Elyaf veya dokuma uygulamalarında, dayanıklılık, belirli bir gücün olağan ölçüsüdür. Özgül dayanım için SI birimi Pa m³/kg veya Nm/kg'dır, bu boyutsal olarak m²/s²'ye eşdeğerdir, ancak ikinci biçim nadiren kullanılır. Özgül dayanım, özgül enerji (spesifik enerji) ile aynı birime sahiptir ve bir nesnenin merkezkaç kuvveti nedeniyle ayrılmadan sahip olabileceği en yüksek dönme enerjisi ile ilgilidir.

Belirli gücü tanımlamanın bir başka yolu, kendi kendine destek uzunluğu olarak da bilinen kırılım uzunluğudur: malzemenin dikey bir sütununun en yüksek uzunluğu (sabit bir enine kesit varsayılarak), yalnızca üstte desteklendiğinde kendi ağırlığını askıya alabilir. Bu ölçüm için, ağırlık tanımı, malzemenin tüm uzunluğuna uygulanan, yükseklikle azalmayan, dünya yüzeyindeki yerçekimi kuvvetidir (standart yerçekimi, 9.80665 m/s²). Bu kullanım, belirli özel elyaf veya tekstil uygulamalarında daha yaygındır.

En yüksek özgül dayanımlara sahip malzemeler tipik olarak karbon fiber, cam elyafı ve çeşitli polimerler gibi elyaflardır ve bunlar sıklıkla kompozit malzemeler (örneğin karbon fiber-epoksi) üretmek için kullanılır. Bu malzemeler ve titanyum, alüminyum, magnezyum ve yüksek dayanımlı çelik alaşımları gibi diğerleri, ağırlık kazanımının daha yüksek malzeme maliyetine bedel olduğu havacılık ve diğer uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Dayanım ve sertlik kavramlarının farklı olduğunu unutmayın. Her ikisi de verimli ve güvenli yapıların tasarımında önemlidir.

Örnekler

Çeşitli malzemelerin özgül gerilme dayanımı

Malzeme	Gerilme direnci (MPa)	Yoğunluk (g/cm³)	Özgül dayanım (kN·m/kg)	Kırılma uzunluğu (km)	Kaynak
Beton	2–5	2.30	5.22	0.44
Kauçuk	15	0.92	16.3	1.66
Bakır	220	8.92	24.7	2.51
Polipropilen / PP	25–40	0.90	28–44	2.8–4.5
(Poli) Akrilonitril bütadien stiren / ABS	41–45	1.05	39–43
Polietilen tereftalat / Polyester / PET	80	1.3–1.4	57–62
Piyano teli / ASTM 228 Çeliği	1590-3340	7.8	204-428
Polilaktik asit / Polilaktid/ PLA	53	1.24	43
Düşük karbonlu çelik (AISI 1010)	365	7.87	46.4	4.73
Paslanmaz çelik (304)	505	8.00	63.1	6.4
Pirinç	580	8.55	67.8	6.91
Naylon	78	1.13	69.0	7.04
Titanyum	344	4.51	76	7.75
CrMo Çelik (4130)	560–670	7.85	71–85	7.27–8.70
Alüminyum alaşım (6061-T6)	310	2.70	115	11.70
Meşe	90	0.78–0.69	115–130	12–13
Inconel (X-750)	1250	8.28	151	15.4
Magnezyum alaşımı	275	1.74	158	16.1
Alüminyum alaşımı (7075-T6)	572	2.81	204	20.8
Titanyum alaşımı (Beta C)	1250	4.81	260	26.5
Beynit	2500	7.87	321	32.4
Balza	73	0.14	521	53.2
Karbon-epoksi kompozit	1240	1.58	785	80.0
Örümcek ağı	1400	1.31	1069	109
Silisyum karbür lifi	3440	3.16	1088	110
Cam elyafı	3400	2.60	1307	133
Bazalt lifi	4840	2.70	1790	183
1 μm demir whiskers	14000	7.87	1800	183
Vectran	2900	1.40	2071	211
Karbon fiber (AS4)	4300	1.75	2457	250
Kevlar	3620	1.44	2514	256
Dyneema (UHMWPE)	3600	0.97	3711	378
Zylon	5800	1.54	3766	384
Karbon fiber (Toray T1100G)	7000	1.79	3911	399
Karbon nanotüp (aşağıdaki nota bakınız)	62000	0.037–1.34	46268–N/A	4716–N/A
Miralon karbon nanotüp ipliği C serisi	1375	0.7–0.9	1100	112
Devasa karbon tüpü	6900	0.116	59483	6066
Grafen	130500	2.090	62453	6366
Temel sınırı			Şablon:Değer	Şablon:Değer

Bu tablonun verileri en iyi durumlardan alınmıştır ve kabaca bir rakam vermek için oluşturulmuştur.

• Not: Çok duvarlı karbon nanotüpler henüz ölçülmüş olan herhangi bir malzemenin en yüksek çekme dayanımına sahiptir, laboratuvarlar bunları 63 GPa'lık bir çekme dayanımında üretmektedir, 300 GPa teorik sınırlarının oldukça altındadır. Yayınlanan çekme dayanımında ilk nanotüp ip (20 mm uzunluğunda) sonuçları (2000 yılında) yine teorik sınırlarının oldukça altında, 3.6 GPa'lık bir güce sahipti. Yoğunluk, üretim yöntemine bağlı olarak farklıdır ve en düşük değer 0.037 veya 0.55 (katı)'dir.

'Yuri' ve uzay halatları

Uluslararası Uzay Asansörü Konsorsiyumu, belirli bir gücü tanımlayan SI birimleri için bir ad olarak "Yuri"'yi önerdi. Uzay asansörü kablo malzemelerinin tanımında özgül dayanım temel öneme sahiptir. Bir Yuri, gerilim altındaki bir malzemenin yoğunluk birimi başına verim gerilmesi (veya kırılma gerilmesi) için SI birimi olarak tasarlanmıştır. Yani, bir Yuri'nin birimleri Pa m³/kg'dır. Bu birim, gerilim altındaki halatın doğrusal yoğunluğu başına kırılma/çekme kuvveti olan bir N m / kg'a eşittir. İşlevsel bir Dünya uzay asansörü 30-80 MegaYuri'lik (3100–8200 km kesme uzunluğuna karşılık gelen) bir bağ gerektirecektir.

Belirli bir dayanımda temel sınır

Boş enerji koşulu, herhangi bir malzemenin özgül dayanımına temel bir sınır koyar. Özgül dayanım c² ~ Şablon:DeğerkN · m/kg'dan daha büyük olmayacak şekilde sınırlanmıştır, burada c ışık hızıdır. Bu sınır, elektrik ve manyetik alan çizgileri, QCD akı tüpleri ve sicim teorisi tarafından varsayılan temel dizgilerle elde edilir.Şablon:Kaynak belirt

Dayanıklılık (dokuma gücü)

Dayanıklılık, bir elyafın veya ipliğin dayanımının alışılmış ölçüsüdür. Genellikle, deniye tarafından bölünen lifin (gram-kuvvet birimlerinde) nihai (kopma) kuvveti olarak tanımlanır. Deniye, doğrusal yoğunluğun bir ölçüsü olduğundan, dayanıklılık birim alan başına bir kuvvet ölçüsü değil, özgül dayanıma benzer bir yarı boyutsuz ölçü birimi olarak kullanılır.

$1$ değerinde bir dayanıklılık:Şablon:Kaynak belirt $\frac{1\mathrm{g}\cdot 9.80665\mathrm{m}{\mathrm{s}}^{\mathrm{-}\mathrm{2}}}{1\mathrm{g}/9000\mathrm{m}}=\frac{9.80665\mathrm{m}{\mathrm{s}}^{\mathrm{-}\mathrm{2}}}{1/9000\mathrm{m}}=9.80665\mathrm{m}{\mathrm{s}}^{\mathrm{-}\mathrm{2}}9000\mathrm{m}=88259.85{\mathrm{m}}^{\mathrm{2}}{\mathrm{s}}^{\mathrm{-}\mathrm{2}}$

Ayrıca bakınız

• Uzay asansörü

Dış bağlantılar

• Özgül sertlik - Özgül dayanım Şablon:Webarşiv çizelgesi, Cambridge Üniversitesi, Mühendislik Bölümü