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  McGRAW-HILL ENCYCLOPEDIA OF Science & Technology, 8th Edition, (c)1997, vol. 1 p 375 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        

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 ~ kN · 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.

 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.

 değerinde bir dayanıklılık: 

 Ayrıca bakınız 
 Uzay asansörü

 Kaynakça 

 Dış bağlantılar 
 Özgül sertlik - Özgül dayanım  çizelgesi, Cambridge Üniversitesi, Mühendislik Bölümü

Kategori:Mühendislik oranları
Kategori:Malzeme bilimi