Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Jack H.Dynamic system modeling and control.2004.pdf
Скачиваний:
73
Добавлен:
23.08.2013
Размер:
5.61 Mб
Скачать

materials - 37.1

37. ATOMIC MATERIAL DATA

Element

Atomic #

Atomic weight density g/cm3

Valances H

copper

29

63.57

8.96

w

1/2

iron

26

55.85

7.86

2/3

aluminum

13

26.97

2.67

3

tungsten

74

183.85

19.3

6/8

zinc

30

65.37

7.13

2

silicon

14

28.09

2.33

4

carbon

6

12.01

2.1

2/4

titanium

22

47.9

4.51

3/4

F = 96,500 coulombs

37. MECHANICAL MATERIAL PROPERTIES

Table 1:

Material

Type

Density

E

G

poisson

ten - yield stress

ten - ult. stress

ten - yield strain

yield stress - comp.

ult. stress - comp.

ult. stress - shear

thermal expansion

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Mg/m3)

(GPa)

(GPa)

 

(MPa)

 

(%)

(MPa)

 

 

10-6/deg C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aluminum

typical

2.6-2.8

70-79

26-30

0.33

35-500

100-550

1-45

 

 

 

23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1100-h14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2024-T6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5456-h116

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2014-T6

2.8

73

36-41

0.33

410

480

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6061-T6

2.8

70

26

0.33

270

310

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7075-T6

2.7

72

26

0.33

480

550

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

materials - 37.2

Table 1:

Material

Type

Density

E

G

poisson

ten - yield stress

ten - ult. stress

ten - yield strain

yield stress - comp.

ult. stress - comp.

ult. stress - shear

thermal expansion

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Mg/m3)

(GPa)

(GPa)

 

(MPa)

 

(%)

(MPa)

 

 

10-6/deg C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Brass

typical

8.4-8.6

96-110

36-41

0.34

70-550

200-620

4-60

 

 

 

19.1-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Yellow Brass

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cold rolled

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

annealed

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Red Brass

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cold rolled

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

annealed

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bronze

typical

8.2-8.8

96-120

36-44

0.34

82-690

200-830

5-60

 

 

 

18-21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cast Iron

typical

7.0-7.4

83-170

32-69

0.2-0.3

120

69-480

0-1

 

340-

 

9.9-12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1400

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Concrete

typical

2.3

17-31

na

0.1-0.2

 

 

 

 

10-70

 

7-14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

reinforced

2.4

17-31

na

0.1-0.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lightweight

1.1-1.8

17-31

na

0.1-0.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Copper

typical

8.9

110-120

40-47

0.33-

55-760

230-830

4-50

 

 

 

16.6-

 

 

 

 

 

0.36

 

 

 

 

 

 

17.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

annealed

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hard drawn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Glass

typical

2.4-2.8

48-83

19-35

0.17-

 

30-1000

0

 

 

 

5-11

 

 

 

 

 

0.27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Plate

 

 

 

 

 

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fibers

 

 

 

 

 

7000-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Magnesium

typ. alloys

1.76-

41-45

15-17

0.35

80-280

140-340

2-20

 

 

 

26.1-

 

 

1.83

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28.8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Monel

67%Ni,30%

8.8

170

66

0.32

170-

450-

2-50

 

 

 

14

 

Cu

 

 

 

 

1100

1200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nickel

 

8.8

210

80

0.31

100-620

310-760

2-50

 

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

materials - 37.3

Table 1:

Material

Type

Density

E

G

poisson

ten - yield stress

ten - ult. stress

ten - yield strain

yield stress - comp.

ult. stress - comp.

ult. stress - shear

thermal expansion

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Mg/m3)

(GPa)

(GPa)

 

(MPa)

 

(%)

(MPa)

 

 

10-6/deg C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Plastics

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nylon

.88-1.1

2.1-3.4

na

0.4

 

40-80

20-100

 

 

 

70-140

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Polyethylene

.96-1.4

0.7-1.4

na

0.4

 

7-28

15-300

 

 

 

140-290

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rock

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5-9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Granite

2.6-2.9

40-100

na

0.2-0.3

 

 

 

 

50-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

280

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Marble

2.6-2.9

40-100

na

0.2-0.3

 

 

 

 

50-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

280

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Quartz

2.6-2.9

40-100

na

0.2-0.3

 

 

 

 

50-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

280

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Limestone

2.0-2.9

20-70

na

0.2-0.3

 

 

 

 

20-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sandstone

2.0-2.9

20-70

na

0.2-0.3

 

 

 

 

20-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rubber

typical

.96-1.3

0.0007-

0.0002-

0.45-

1-7

7-20

100-800

 

 

 

130-200

 

 

 

0.004

0.001

0.50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sand,soil,gra

 

1.2-2.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

vel

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Steel

 

7.85

190-210

75-80

0.27-

 

 

 

 

 

 

10-18

 

 

 

 

 

0.30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cold rolled

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

annealed

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

high strength

 

 

 

 

340-

550-

5-25

 

 

 

14

 

 

 

 

 

 

1000

1200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

machine

 

 

 

 

340-700

550-860

5-25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

spring

 

 

 

 

400-

700-

3-15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1600

1900

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

stainless

 

 

 

 

280-700

400-

5-40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tool

 

 

 

 

520

900

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

structural

 

 

 

 

200-700

340-830

10-40

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

astm-a48

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

materials - 37.4

Table 1:

Material

Type

Density

E

G

poisson

ten - yield stress

ten - ult. stress

ten - yield strain

yield stress - comp.

ult. stress - comp.

ult. stress - shear

thermal expansion

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Mg/m3)

(GPa)

(GPa)

 

(MPa)

 

(%)

(MPa)

 

 

10-6/deg C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

astm-a47

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

astm-a36

 

 

 

 

250

400

30

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

astm-a5242

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

astm-a441

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

astm-a572

 

 

 

 

340

500

20

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

astm-a514

 

 

 

 

700

830

15

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wire

 

 

 

 

280-

550-

5-40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1000

1400

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Stainless

aisi 302

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

Steel

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Titanium

typ. alloys

4.5

100-120

39-44

0.33

760-

900-

10

 

 

 

8.1-11

 

 

 

 

 

 

1000

1200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tungsten

 

1.9

340-380

140-160

0.2

 

1400-

0-4

 

 

 

4.3

 

 

 

 

 

 

 

4000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Water

fresh

1.0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sea

1.02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wood (dry)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Douglas fir

.48-.56

11-13

 

 

30-50

50-80

 

30-50

40-70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Oak

.64-.72

11-12

 

 

40-60

50-100

 

30-40

30-50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Southern

.56-.64

11-14

 

 

40-60

50-100

 

30-50

40-70

 

 

 

pine

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37.1FORMULA SHEET

A collection of the essential mechanics of materials formulas are given below

materials - 37.5

Axial/Normal Stress/Strain

σ

= ε E =

P

δ

= ε L =

PL

 

--

------

 

 

 

A

 

 

AE

Shear Stress/Strain

τ = γ G

γxy =

τ xy

 

------

 

 

 

G

Poisson’s ratio

ν

 

 

εlateral

E = 2G( 1 + ν )

 

 

---------------------------

 

= –ε

 

 

 

 

 

longitudinal

 

 

εx

 

σ x

σ y

σ z

 

=

-----

-----

----

 

E

ν E ν

E

Torsion

 

 

 

Tc

 

γ

 

=

τ max

 

τ max

=

-----

 

 

----------

 

J

 

 

max

 

G

 

 

 

TL

 

 

J

=

π

r4

(cylinder)

 

φ =

------

 

 

-------

 

 

JG

 

 

 

 

 

2

 

 

σ

 

=

σ

 

= τ

J

=

π

4

4

 

ten

comp

--

( ro

ri ) (hollow tube)

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

ε =

γ

 

 

 

P =

2π fT

 

 

--

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

Beams

Buckling

materials - 37.6

σMy

=–-------

I

τVQ

=-------

Ib

L = ρθ

σMy

=–-------

I

<π 2EI P -----------

k2L2

 

I

=

bh3

(for rectangle)

 

--------

 

 

 

12

 

 

I

=

π r4

(for circle)

 

-------

 

 

 

2

 

ε

=

c

 

 

--

 

 

max

 

ρ

 

 

 

 

 

 

ρEI

=-----

M

k=0.5 (both ends fixed)

k=0.7 (one end fixed, one pinned) k=1.0 (both ends pinned)

k=2.0 (one end pinned, one free)

K

 

 

 

 

d/2

 

 

r

 

3.0

 

 

P

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

2.5

 

 

 

 

d/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5

 

 

 

 

 

 

 

 

r/d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

 

 

 

 

materials - 37.7

 

 

 

 

K

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

D

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5

 

 

 

D/d = 2.0

 

 

 

 

 

 

 

D/d = 1.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D/d = 1.25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D/d = 1.1

 

 

 

 

1.0

 

 

 

 

 

 

 

 

r/d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

 

 

 

materials - 37.8

 

 

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

r

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

d

 

2.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5

 

 

 

 

 

 

 

 

D/d = 2.0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D/d = 1.33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D/d = 1.2

1.0

 

 

 

 

 

 

 

 

D/d = 1.1

 

 

 

 

 

 

 

 

r/d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1