Удельная сила

удельная прочность - это прочность материала (сила на единицу площади при разрушении) делится на его плотность. Оно также известно как отношение прочности к массе, или отношение прочности к массе или отношение прочности к массе . В волокнах или тканях прочность на разрыв является обычной мерой удельной прочности. Единицей измерения удельной прочности в системе СИ является Pa m /kg, или Н · м / кг, что размерно эквивалентно м / с, хотя последняя форма используется редко. Удельная сила имеет те же единицы, что и удельная энергия, и связана с максимальной удельной энергией вращения, которую объект может иметь без разлета из-за центробежной силы.

Другой способ описания удельной силы составляет разрывная длина, также известная как длина самоподдержки : максимальная длина вертикальной колонны материала (при фиксированном поперечном сечении), которая может удерживать собственный вес только при опоре. на вершине. Для этого измерения определение веса - это сила гравитации на поверхности Земли (стандартная гравитация, 9,80665 м / с), действующая на всю длину материал, не уменьшающийся с высотой. Такое использование чаще встречается с некоторыми специальными волокнами или тканями.

Материалы с наивысшей удельной прочностью обычно представляют собой волокна, такие как углеродное волокно, стекловолокно и различные полимеры, которые часто используются для изготовления композитного материала. материалы (например, углеродное волокно-эпоксидная смола ). Эти и другие материалы, такие как титан, алюминий, магний и высокопрочные стальные сплавы, широко используются в аэрокосмической отрасли и другие области применения, где снижение веса оправдывает более высокие затраты на материалы.

Обратите внимание, что прочность и жесткость различны. Оба важны при проектировании эффективных и безопасных конструкций.

Содержание

• 1 Расчет разрывной длины
• 2 Примеры
• 3 «Юрий» и космические тросы
• 4 Фундаментальный предел удельной прочности
• 5 Прочность (прочность ткани)
• 6 См. Также
• 7 Ссылки
• 8 Внешние ссылки

Расчет разрывной длины

$L\; =\; T\; s\; /\; \rho \; g\; \{\backslash \; displaystyle\; L\; =\; \{\backslash \; frac\; \{T\_\; \{s\}\; /\; \backslash \; rho\}\; \{\backslash \; mathbf\; \{g\}\}\}\}$

где $L\; \{\backslash \; displaystyle\; L\}$- длина, $T\; s\; \{\backslash \; displaystyle\; T\_\; \{s\}\}$- предел прочности на разрыв, $\rho \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; rho\}$- плотность, а $g\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathbf\; \{g\}\}$- ускорение свободного падения ($\approx \; 9,8\; м\; /\; с\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; приблизительно\; 9,8\; м\; /\; с\; ^\; \{2\}\}$)

Примеры

Данные этой таблицы взяты из лучших случаев и были установлены для получения приблизительного значения.

• Примечание. Многослойные углеродные нанотрубки обладают наивысшей прочностью на разрыв среди всех материалов, которые когда-либо измерялись, и лаборатории производят их с пределом прочности на разрыв 63 ГПа, что все еще значительно ниже их теоретического предела в 300 ГПа. Первые канаты из нанотрубок (длиной 20 мм), предел прочности которых был опубликован (в 2000 г.), имели прочность 3,6 ГПа, что все еще значительно ниже их теоретического предела. Плотность различается в зависимости от метода изготовления, и наименьшее значение составляет 0,037 или 0,55 (твердый).

«Юри» и космические тросы

Международный консорциум космических лифтов имеет предложил «Юрий» в качестве названия единиц СИ, описывающих удельную силу. Удельная прочность имеет фундаментальное значение при описании материалов кабеля космического лифта . Единица Юрий задумывается как единица СИ для предела текучести (или напряжения разрушения) на единицу плотности материала при растяжении. Итак, единицы измерения для одного Юрия - Па · м / кг. Эта единица эквивалентна единице N m / kg, которая представляет собой разрывную / предельную силу на линейную плотность натянутого кабеля. Для функционального земного космического лифта потребуется трос 30-80 мегЮри (что соответствует разрывной длине 3100-8200 км).

Фундаментальный предел удельной прочности

null Энергетическое условие устанавливает фундаментальный предел удельной прочности любого материала. Удельная сила не должна превышать c ~ 9 × 10 kN ·m /kg, где c - скорость света. Этот предел достигается с помощью силовых линий электрического и магнитного поля, силовых трубок QCD и основных струн, предполагаемых теорией струн.

Прочность (прочность текстиля)

Прочность является общепринятой. мера прочности волокна волокна или пряжи. Обычно ее определяют как предельную (разрывную) силу волокна (в граммах единиц силы), деленную на денье. Поскольку денье - это мера линейной плотности, прочность на разрыв оказывается не мерой силы на единицу площади, а скорее квази-безразмерной мерой, аналогичной удельной прочности. Стойкость $1\; \{\backslash \; displaystyle\; 1\}$соответствует: $1\; г\; \cdot \; 9,80665\; мс\; -\; 2\; 1\; г\; /\; 9000\; м\; =\; 9,80665\; мс\; -\; 2\; 1/9000\; м\; =\; 9,80665\; мс\; -\; 2\; 9000\; м\; =\; 88259,85\; м\; 2\; с\; -\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{1\; \{\backslash \; rm\; \{\backslash ,\; g\}\}\; \backslash \; cdot\; 9.80665\; \{\backslash \; rm\; \{\backslash ,\; ms\; ^\; \{-\; 2\}\}\}\}\; \{1\; \{\backslash \; rm\; \{\; \backslash ,\; g\}\}\; /\; 9000\; \{\backslash \; rm\; \{\backslash ,\; m\}\}\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{9.80665\; \{\backslash \; rm\; \{\backslash ,\; ms\; ^\; \{-\; 2\}\}\}\}\; \{1/9000\; \{\backslash \; rm\; \{\backslash ,\; m\; \}\}\}\}\; =\; 9.80665\; \{\backslash \; rm\; \{\backslash ,\; ms\; ^\; \{-\; 2\}\}\}\; \backslash ,\; 9000\; \{\backslash \; rm\; \{\backslash ,\; m\}\}\; =\; 88259,85\; \{\backslash \; rm\; \{\backslash ,\; m\; ^\; \{2\}\; s\; ^\; \{-\; 2\; \}\}\}\}$В основном стойкость выражается в отчете как cN / tex.

См. Также

• Удельный модуль
• Космический лифт
• Космический трос

Ссылки

Внешние ссылки

• Удельная жесткость - диаграмма удельной прочности, Университет Кембридж, инженерный факультет