MTR 1 - Całość, ksiazki inzynieria programowanie etc
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
MATERIAŁY INŻYNIERSKIE (WIADOMOŚCI PODSTAWOWE)
Wykład dla I roku Wydziałów mechanicznych Politechniki Warszawskiej
MATERIAŁY INŻYNIERSKIE
(WIADOMOŚCI PODSTAWOWE)
Wykład dla I roku Wydziałów Mechanicznych Politechniki Warszawskiej
Wymiar 30 godzin (E)
Materiały pomocnicze do wykładu (preskrypt)
Politechnika Warszawska
Wydział Inżynierii Materiałowej
Warszawa 1997 r
1
MATERIAŁY INŻYNIERSKIE (WIADOMOŚCI PODSTAWOWE)
Wykład dla I roku Wydziałów mechanicznych Politechniki Warszawskiej
1. Wstęp
KSZTAŁCENIE STUDENTÓW WYDZIAŁÓW MECHANICZNYCH W
ZAKRESIE INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ.
Materiały są endemiczne dla wszystkich specjalności inżynierskich i bez nich inżynier nie
może wykonywać swego zawodu. Zrozumienie dla tego faktu potwierdza analiza programów
studiów inżynierskich w renomowanych uczelniach zagranicznych, w których przedmioty z
zakresu inżynierii materiałowej lokowane są na 11 roku studiów w znacznym wymiarze
godzinowym (zwykle 40 do 60 godzin, oraz laboratorium). Istotną sprawą dla programów tych
przedmiotów jest wyważenie udziału wiedzy podstawowej i wiadomości inżynierskich, a
także wybór metod nauczania. Jest faktem bezspornym, że inżynier mechanik realizują swoje
koncepcje i projekty musi dokonywać wyboru wśród bardzo licznych materiałów
konstrukcyjnych lub funkcjonalnych, a wszelkie błędy w dokonanym wyborze mogą skutkować
uszkodzeniem lub zniszczeniem zaprojektowanego urządzenia (konstrukcji). Inżynier
mechanik może odwoływać się do konsultacji lub pomocy specjalistów, ale musi potrafić
sformułować problem materiałowy: określić warunki pracy w sposób zrozumiały dla
specjalisty.
Coraz ważniejszymi we współczesnej technice i stanowiącymi o konkurencyjności wyboru
(konstrukcji) są takie parametry materiału jak cena, masa jednostkowa (a właściwie stosunek
wskaźników wytrzymałościowych do masy jednostkowej), możliwości zagospodarowania
odpadów produkcyjnych oraz wyrobów po okresie ich eksploatacji. Bardzo istotnym
parametrem jest tzw. ekologiczne obciążenie środowiska.
Podstawowym wymogiem przy nowoczesnym wyborze materiałów jest traktowanie
równorzędnie różnych ich rodzajów (metale, polimery, ceramika, kompozyty) tak, aby funkcja
celu mogła być zrealizowana przy najmniejszych kosztach materiałowych i eksploatacyjnych.
Nie jest więc możliwe (poza trywialnie prostymi przypadkami) sięganie wyłącznie do banku
danych o właściwościach materiałów - tak uzyskane informacje w większości przypadków
mogą służyć tylko do wstępnego wytypowania jednego lub kilku materiałów.
Modyfikacja programów studiów musi stawiać jako cel dydaktyczny obudzenie
zainteresowania przedmiotem inżynieria materiałowa przez wykazanie jego przydatności dla
wykonania zawodu inżyniera. Można to uzyskać przez realizację następujących zadań
dydaktycznych:
1) Przedstawienie obciążeń lub warunków pracy powodujących uszkodzenie lub zniszczenie
wyrobu w przypadku nieprawidłowego wyboru materiału.
2) Scharakteryzowanie najważniejszych grup materiałów konstrukcyjnych z uwzględnieniem
podstaw kształtowania ich właściwości.
3) Scharakteryzowanie ważnych dla obsługiwanego Wydziału rodzajów materiałów (np.
obszaru materiałów funkcjonalnych).
4) Przedstawienie metodyki postępowania przy doborze materiału.
2
MATERIAŁY INŻYNIERSKIE (WIADOMOŚCI PODSTAWOWE)
Wykład dla I roku Wydziałów mechanicznych Politechniki Warszawskiej
2. Zestawienie tematów wykładów
(1 rok studiów, 2 godziny tygodniowo)
1) Systematyka obciążeń mechanicznych i wynikających z nich naprężeń. Podstawowe
wskaźniki wytrzymałościowe.
2) Charakterystyka mechanizmów niszczących powierzchnię wyrobów (ścieranie,
korozja, zmęczenie).
3) Systematykapęknięć: przy obciążeniach quasi statycznych, dynamicznych,
zmęczeniowych, pełzaniu.
4) Charakterystyka grup tworzyw metalicznych, z uwzględnieniem m.in. poziomu
wskaźników wytrzymałościowych, odporności na korozję, ceny.
5) jw. dla tworzyw polimerowych.
6) jw. dla tworzyw ceramicznych.
7) jw.dlakompozytów.
8) Typowe zastosowania grup materiałów (wg. poz. 4 do 7) lub wybranych materiałów.
9) Sposób (metodyka) postępowanie przy doborze materiałów.
10) Przykłady doboru materiałów na konkretne wyroby (konstrukcje).
Zestaw rysunków znajdujących się na następnych stronach ma spełnić dwa zadania:
1) Ma stanowić sugestię interpretacji zapisów programu - adresowaną do wykładowców
przedmiotu „Materiały inżynierskie - Wiadomości podstawowe" jako przedmiotu bazowego
dla wydziałów mechanicznych.
2) Mastanowić elementy preskryptu dostępnego dla studentów, ułatwiającego śledzenie
wykładu i zwalniającego ich od wykonywania części rysunków i zapisywania niektórych
informacji liczbowych lub definicji.
Pierwsza liczba numeracji rysunku odnosi się do numeru wykładu, druga liczba - jest
kolejnym numerem rysunku w ramach konkretnego wykładu.
3
MATERIAŁY INŻYNIERSKIE (WIADOMOŚCI PODSTAWOWE)
Wykład dla I roku Wydziałów mechanicznych Politechniki Warszawskiej
Temat 1:
SYSTEMATYKA OBCIĄŻEŃ MECHANICZNYCH I WYNIKAJĄCYCH Z NICH
NAPRĘŻEŃ. PODSTAWOWE WSKAŹNIKI WYTRZYMAŁOŚCIOWE.
Wykład 3h
1) Definicja naprężeń (naprężenia styczne i normalne).
2) Systematyka obciążeń statycznych (rozciąganie jednoosiowe, ściskanie jednoosiowe,
zginanie, skręcanie, ścinanie, rozciąganie dwuosiowe, ściskanie trójosiowe-ściskanie
hydrostatyczne).
3) Klasyfikacja materiałów na podstawie ich wiązań (wiązania metaliczne, jonowe,
kowalencyjne, siły międzycząsteczkowe).
4) Reakcja materiałów na obciążenie (na podstawie krzywych rozciągania):
4.1 Odkształcenie sprężyste (definicja odkształceń: przy rozciąganiu, przy ściskaniu i
odkształceń objętościowych, prawo Hooke'a, mechanizm odkształcenia.
4.2 Odkształcenie plastyczne tworzyw metalicznych (dyslokacje jako podstawowy
rodzaj defektów struktury krystalicznej, dyslokacyjny mechanizm odkształcenia
plastycznego metali, rola defektów struktury krystalicznej w odkształceniu
materiałów metalicznych).
4.3 Odkształcenie elastomerów wynikające ze specyfiki materiałów polimerowych.
4.4 Odkształcenie lepkosprężyste.
5) Wskaźniki wytrzymałościowe materiału wynikające z charakteru obciążenia (definicje,
metody wyznaczania):
5.1 Wytrzymałość na obciążenia statyczne (moduł sprężystości: moduł Younga (E), moduł
ściśliwości (K), moduł Kirchhoffa (G), wytrzymałość na rozciąganie R
m
, wskaźniki
plastyczności: wyraźna granica plastyczności R, umowna granica plastyczności R
02
,
wydłużenie A, przewężenie Z, odporność na kruche pękanie, twardość (ogólna).
5.2 Wytrzymałość na obciążenia dynamiczne (udarność).
5.3 Wytrzymałość na pełzanie (wytrzymałość na pełzanie, krzywe zależności wytrzymało
ści na pełzanie od czasu próby, granica pełzania).
5.4Wytrzymałość zmęczeniowa (wytrzymałość zmęczeniowa Z
o
stosunek wytrzymałości
zmęczeniowej do wytrzymałości na rozciąganie).
6) Rola gęstości i ceny przy wyborze materiałów na podstawie wskaźników właściwości
wytrzymałościowych.
Zalecana literatura:
1.
M.F. Ashby i D.R.H. Jones, Engineering Materials, Pergamon, Oxford, 1993,
przetłumaczona na język polski, wydana przez Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, część
pierwsza Warszawa 1995, część druga- Warszawa 1996.
2.M.F. Ashby, Materials Selection in Mechanical Design, Pergamon Oxford, 1992,
wydane przez Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1997.
3. A.G. Guy, Wprowadzenie do nauki o materiałach, PWN, Warszawa, 1997.
4. L.A. Dobrzański, Metaloznawstwo i obróbka cieplna stopów metali, Wyd. Politechniki
Śląskiej, Gliwice, 1993.
4
MATERIAŁY INŻYNIERSKIE (WIADOMOŚCI PODSTAWOWE)
Wykład dla I roku Wydziałów mechanicznych Politechniki Warszawskiej
Rys. 1.1
Systematyka obciążeń statycznych.
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]