Ünite 9: Stress and Strain in Materials — Alıştırmalar
Ders kitabının açık uçlu alıştırmaları. Bunlar çoktan seçmeli sınav sorusu değil — düşünmeni, araştırmanı, kendi cümlelerinle anlatmanı isteyen etkinlikler. Kitabın verdiği örnek yanıtlar kapalı duruyor; önce kendin dene.
Alıştırma 1myders hazırladı
Çevrenizde kullanılan malzemelerden iki tanesini seçerek, bunların günlük kullanımda neden elastik bölgede kalacak şekilde tasarlandığını ve plastik deformasyona uğrarlarsa ne gibi güvenlik sorunları oluşabileceğini tartışınız.
Yanıt / ipucu
Mühendislik yapıları ve günlük nesneler (örneğin köprü kirişleri veya bisiklet gövdeleri), kalıcı şekil değişimini önlemek için elastik bölgede çalışacak şekilde tasarlanır. Eğer bu malzemeler plastik bölgeye geçerek kalıcı deformasyona uğrarsa, yapısal bütünlüklerini kaybederler, işlevlerini yerine getiremezler ve ani kırılmalara yol açarak güvenlik riski oluştururlar.
Alıştırma 2myders hazırladı
Metallerdeki plastik deformasyon mekanizması olan 'slip' (kayma) ile amorf malzemelerdeki (polimer/cam) 'viskoz akış' mekanizmasını karşılaştırarak temel farkları açıklayınız.
Yanıt / ipucu
Kristal yapılı metallerde plastik deformasyon, dislokasyon adı verilen çizgisel hataların belirli kristal düzlemleri boyunca hareket etmesi (slip) ile gerçekleşir. Amorf malzemelerde ise düzenli bir kristal yapı bulunmadığından, kalıcı şekil değişimi atom veya molekül zincirlerinin birbiri üzerinden kayması esasına dayanan viskoz akış mekanizmasıyla meydana gelir.
Alıştırma 3myders hazırladı
Bir çekme testi esnasında meydana gelen 'boyun verme' (necking) olayının ne olduğunu ve bu noktadan sonra mühendislik gerilmesi ile gerçek gerilme (true stress) değerleri arasında nasıl bir fark oluştuğunu araştırınız.
Yanıt / ipucu
Boyun verme, malzemenin çekme dayanımına ulaştıktan sonra belirli bir bölgede yerel olarak kesit alanının hızla daralmasıdır. Bu noktadan sonra, mühendislik gerilmesi başlangıç kesit alanını kullandığı için düşüş gösterirken; gerçek gerilme, anlık daralan kesit alanını hesaba kattığı için sürekli artmaya devam eder.
Alıştırma 4myders hazırladı
Sıcaklık artışının malzemelerin mekanik özellikleri (elastik modül, akma gerilmesi ve süneklik) üzerindeki etkisini grafiksel veya sözel olarak açıklayınız.
Yanıt / ipucu
Sıcaklık arttıkça atomlar arası bağlar gevşer; bu durum elastik modülün ve akma gerilmesinin azalmasına yol açar. Buna karşılık, atomik hareketlilik ve dislokasyon hareketleri kolaylaştığı için malzemenin sünekliği (plastik deformasyon kabiliyeti) artış gösterir.
Alıştırma 5myders hazırladı
Yüksek mukavemetli çelikler ile alüminyum alaşımlarının çekme dayanımı değerlerini metindeki verileri kullanarak karşılaştırınız ve mühendislik tasarımlarında neden güvenlik faktörü kullanılması gerektiğini açıklayınız.
Yanıt / ipucu
Alüminyum alaşımları yaklaşık 50 MPa gibi düşük bir çekme dayanımına sahipken, özel çelikler 3000 MPa'a kadar çıkabilir. Mühendislikte, beklenmedik aşırı yüklemeler, malzeme kusurları ve çevresel aşınmalar gibi belirsizlikleri tolere ederek ani hasarları önlemek amacıyla tasarımlarda mutlaka güvenlik faktörü kullanılır.
