K1
KONSTRUKCIÓ TERMIKUS és MECHANIKAI IGÉNYBEVÉTELEK, VIZSGÁLATOK ea: dr. Bánfalvi Antal V1/105 labor
1
K2
A konstrukció és a konstruktőr Mi a konstrukció? C. Harper: átfedő szakterületek összessége Dr. Almássy: …funkcionális kialakítás a feladat megfogalmazásától a gyárt. dok.-ig. Wittine L.: A konstruktőr ismeri a műszereket, a gépeket és a technológiákat. Nagyon fontos a specifikáció pontosítása, azért hogy az összes adat pontosan leirja a készülő terméket. DDF=Design Definition File 2
K3
Az űrkutatás célú készüléképítés specifikumai
A Földön kívüli térség vizsgálata. Környezeti tényezők: Vákuum, sugárzások, széles hőmérsékleti tartomány, (hordozó rakéta-rázkódások). A II. vh. alatt ill. után jöttek létre a technikai feltételek. Űrügynökségek: Roscosmos, NASA, ESA, CNSA, ISRO, JAXA, CSIRO, DLR, CNES, stb. Tervezés, létesítés /gyártás/, tárolás, start, működési ciklusok, passziválás – űrszemét. Anyagok, technológiák. Távlatok. 3
K4
Az űrkutatás célú készüléképítés specifikumai
A Földön kívüli térség vizsgálata. ASI:Agentia Spatiale Italiano, BNSC: British National Space Centre Környezeti tényezők: CSA: Canadian Space Agency Vákuum, sugárzások, széles hőmérsékleti tartomány, CSIRO: Australian Commonwealth Scientific and Research Organization hordozó rakéta-rázkódások. CNES: Centre National dEtitudes Spatiales A II. vh. alatt ill. utánCNSA: jöttek technikai feltételek. Chinalétre nationala Space Administration DLR: Deutsche GessellSchaft Luft und Raumfahrt Űrügynökségek: Roscosmos, NASA, ESA: European Space Agency ESA, CNSA, ISRO: Indian Space Research Org. ISRO, JAXA, CSIRO, DLR, CNES, stb. JAXA: Japan Aerospace Exploration Agency Tervezés, létesítés /gyártás/, tárolás, start, működési KARI: Korean Aerospace Research Institute NASA: – National Aeronautics and Space Administration ciklusok, passziválás űrszemét. NSAU: National Space Agency of Ukraine Alapanyagok, technológiák. Roscosmos: Федералное Космическое Агенство Távlatok. 4
K5
Az űrkutatási célú készüléképítés specifikumai
A Földön kívüli térség vizsgálata. Környezeti tényezők: Hol kezdődik? 10 km utasszállítók átl. repülési magassága, Vákuum, sugárzások, széles hőm. tartomány 30-50 km kutató ballonok, hordozó rakéta-rázkódások. az ISS pálya 270-460 km közötti, A II. vh. alattaill. utánholdak jöttek létre a technikai szinkron 36 000 km magasan „állnak”, feltételek. a Hold Su, 384 400 km távolESA, van, Űrügynökségek: NASA, Kína, ISRO stb. 10 km magasan már „csak” 10 kPa a nyomás /1.02atm.=100kPa/ Tervezés, létesítés /gyártás/, tárolás, start, működési 100 km magasan már 0.1 kPa, a Holdnál 10E-10–kPa. ciklusok, passziválás űrszemét. A szabad úthossz: 100 kPa - 60nm Alapanyagok, technológiák. 0,1 kPa - 60 µm 10E-10 kPa - 600m (napszél). Távlatok. A Föld mágneses tere a Nap felőli oldalon ≈10 Re
(R=6378km)
5
K6
IGÉNYBEVÉTELEK
Termikus Mechanikai Kozmikus sugárzás Termikus igénybevételek A hőmérséklet egy állapotjelző Az előadásban elsőként átnézzük • a hőterjedési módokat • megvizsgáljuk, hogy az elektromos alkatrészek bizonyos adatai hogyan változnak a hőmérsékletváltozás hatására. A hőterjedés módjai: • Hővezetés • Hőáramlás • Hősugárzás 6 • Hőátadás
K7
HŐVEZETÉS A hővezetés a hőterjedés azon fajtája, amikor a hőenergia szilárd testekben vagy nyugvó közegben terjed, de anyagáramlás nem történik. t [K ] R th A termikus OHM törvény: Q[ W]
Rth:hőellenállás, [K˚/W], Δt:hőmérsékletkülömbség, [K˚], Q: hőáram [W], Az anyagok jellemzésére a hővezetési tényezőt szeretjük használni: W [ ] mK 7
K 7/a
A hővez. tényező a fajlagos hő-ellenállás reciptroka. 1 λ [W/ mK˚], ςth [mK˚/W], th
A modellt tekintve a λ fordítva arányos a keresztmetszettel és a hőfok-különbséggel, és egyenesen a távolsággal: (Q=φ) λ=Q·Δx/A·ΔT [W·m/m²K˚]
1
th
8
K9
A hő vezetéses terjedésekor a test magasabb hőmérsékletű helyén levő és nagyobb kinetikus energiával rendelkező molekulák érintkezés folytán energiát adnak át az alacsonyabb hőmérsékletű helyen levő kisebb energiával rendelkező molekuláknak. Minél szorosabb a kapcsolat a molekulák között, annál jobb az energiaátadás. Ezért jó hővezetők a szilárd testek, és rossz hővezetők a gázok.
Fémeknél a hőenergia továbbításában lényeges szerepet játszanak a szabad elektronok, amelyek egyébként a fémek jó elektromos vezetőképességéért is felelősek. Ezzel magyarázható, hogy a fémek hő- és elektromos vezetőképessége között jó közelítéssel egyenes arányosság áll fenn. 9
K 10
ANYAGISMERET Néhány közismert anyag hővezetési tényezője és olvadáspontja:
Anyag
Hővezetési tényező
Vas /Fe/
80.4 [W/mK˚]
Szénacél
46
"
-
Aluminium /Al, 99.99%/
296
"
0,027 [Ω·mm²/m]
Al fékésztermék tömeggyártás AlMgSi1
150-160 "
Fajlagos ellenállás 0,100[Ω·mm²/m]
-
Réz /Cu-E, 99.99%/
380
"
Sárgaréz /Cu-Zn/
94
"
Bronz /Cu-Sn/
83
"
Cink /Zn/
112
"
0,116 [Ω·mm²/m]
Ezüst /Ag/
416
"
0,016 [Ω·mm²/m]
Arany /Au/
310
"
0,022 [Ω·mm²/m]
Ólom /Pb/
35
"
0,208 [Ω·mm²/m]
0,018 [Ω·mm²/m]
10
K 11
Az anyagok hővezetési tényezője (folytatás): Hővezetési tényező
Anyag Kerámia Al-oxid
25
Kerámia Be-oxid
200
"
Kerámia Mg-oxid
32
"
Csillám
0.58
"
Polietilén /PE/
0.35
"
Teflon /PTFE/
0.23
"
PVC
0.15
"
Levegő "Hővezető" paszta
[W/mK˚]
0.027 " 0.1 ÷ 0.12 [W/mK˚]
G10 NYÁK lemez - a felületre ┴ irányban
0.3 [W/mK˚]
Fr 4 NYÁK lemez - laterális ir. 70μm réz
35
Üvegszál erősítésű teflon Epoxigyanta + 50 súly% Al2 O3
"
0.07 "
1.4
"
11
K 12
HŐÁRAMLÁS A hőt valamilyen közeg szállítja. Az anyag a hő-tartalmával együtt mozog. Kérdés: mekkora a „szállítókapacitás”. Egységnyi tömegű víz többet, az egységnyi tömegű levegő kevesebbet tud „felvenni” – ez a jellemző a fajhő. Anyag neve c (kJ/kg ˚C ) A szállított hőenergia: víz 4,2 E th =c ∙ m ∙ ΔT jég 2,1 E th : hőenergia [Ws] benzin 2,1 c: fajhő [J/kgC°], [Ws/kgC°] homok 1 m: tömeg [kg] só 0,9 alumínium 0,9 ΔT: [°C] szén
0,7
réz
0,4
vas
0,4 12
K 12/a
BTU A BTU egy hagyományos energia mértékegység. Angol betűszó: British Thermal Unit. 1 BTU = 1055 Ws (Joule). A légkondik és fűtési rendszerekkel kapcsolatban használatos, Anglián és az USA-n kívűl, angol nyelvű de egyébként metrikus rendszert használó országokban is használják. Az 1 BTU 1 font (0,4l) 39 F˚ hőmérsékletű víznek, 40 F˚ - re való melegítéséhez szükséges energiát jelenti. Még egy átszámítási lehetőség: 1 W/mK˚=107,7 BTU/in·h·deg 13
K 13
HŐSUGÁRZÁS Elektromágneses sugárzás. Nincs közvetítő közeg. Minden olyan test amelynek hőmérséklete az abszolút nullánál (0 K°) magasabb, elektromágneses sugárzás formájában állandóan energiát emittál. A felület által kisugárzott energiát az alábbi összefüggés írja le:
W W 8 Q T [ 2 ] , 5.67 10 [ 2 4 ] m mK 4
14
K 14
Az ábrán az abszolút fekete test energiasugárzó képessége látható. Definició: Egy testnek az a képessége, hogy valamilyen hullámhosszon hőenergiát sugároz, a hőmérséklettől és a felület tulajdonságaitól függ. Egy valós felület által kisugárzott energiát a Q T 4 összefüggés adja. e : emissziós tényező Definició: Egy nem fekete test és az abszolut fekete test által egyazon hőmérsékleten emittált energia hányadosát emissziós tényezőnek nevezzük. 15
K 15
NÉHÁNY FELÜLETTÍPUSRA VONATKOZÓ ELNYELÉSI és SUGÁRZÁSI TÉNYEZŐ Elnyelőképesség
Sugárzóképesség
(abszorpciós tényező)
(emissziós tényező)
tiszta alumínium
0,09
0,09
eloxált alumínium
0,14
0,84
alumínium SiO2 bevonattal
0,11
0,37
króm
0,42
0,29
polírozott réz
0,35
0,04
oxidmentes vas
0,44
0,07
magnéziumoxid
0,14
0,75
nikkel
0,39
0,1
fehér festés
0,26
0,9
fekete festés
0,96
0,88
zöld festés
0,5
0,9
alufólia
0,15
0,05
Anyag
16
K 16
A táblázat értelmezése: Az abszorpciós adatok esetében a sugárzás hullámhossza jóval rövidebb, mert a Napfelszín hőmérséklet több millió fok. Az emissziós oszlop adatai max. 200 fokos testekre vonatkoznak. A hullámhossz ez esetben nagyobb.
17
K17
18
K 18
HŐÁTADÁS A hőcsere módját hőátadásnak nevezzük, ha egy szilárd test mozgó közeggel – folyadékkal, vagy gázzal – érintkezik és ez a közeg a hő egy részét magával viszi. Lássunk egy hétköznapi példát: egy levegős napkollektor lemeze mögött levegőt áramoltatunk. Megállapíthatjuk, hogy az eddig tárgyalt esetek mindegyike jelen van – a hő sugárzással érkezik a Napból, majd vezetéssel halad át a vaslemezen, végül átadódik a hőenergia a levegőnek. Most ha csak a hőátadásra koncentrálunk a folyamatot makroszkópikusan az alábbi összefüggés írja le: Q A T [W ] Q: hőáram [W] α: hőátadási tényező [W/m²K˚] (például ha „valahol” 1÷2 m/sec-os légsebességet biztosítunk, α ~20 W/m²K˚. ΔT: a két felület közötti hőmérséklet különbség. 19 A: felület [m²]
K 18/a
A hőátadás folyamata a valóságban bonyolult, mivel igen sok tényezőtől függ. Ezek: - a közeg viszkozitása, sűrűsége, fajhője, hővezetési tényezője, a test alakja, térbeli helyzete, emissziós tényezője, a hőlépcső nagysága. A valóságban a közeg „rátapad” a hűtőbordára, és ebben az ún. határrétegben a közeg és a hűtőborda hőmérséklete azonos. Tudjuk, hogy a gázok rossz hővezetők, ezért a közeli tartományban nagy a hő-ugrás. A közeg csak a hűtőborda falától távolabb veszi fel a számításban feltételezett értéket.
20
K 19
MŰANYAGOK Polimerek és adalékok keveréke a „műanyag”. A polimerek óriásmolekulák, amelyek un. Monomerek összekapcsolódásával jönnek létre. Például: az „Uracil” DNS monomer, Polipropilén m. Polimerizáció – PE, PP, PVC, PS Polikondenzáció – PA, PET Poliaddició – PUR, EP Természetes polimerek – cellulóz, fehérjék /DNS,RNS/ Szerkezet Struktúra Hőre lágyuló stb. Szerves --A gyakorlatunkban megjelenő formák: PE-PP-PVC-PS szigetelő fóliák, kondenzátor gyártás, transzformátor,ragasztószalagok, adalékokkal kiterjesztett hőfoktartomány. PA-PET mechanikus szerkezetek, tartók és szigetelők. PUR-Epoxi gyanták, kiöntő anyagok. A leggyakoribb kérdések: hőfoktűrés, kopásállóság, UV-tűrés. 21
K 20
Különleges m. anyagok: Teflon – ptfe, „csúszós” tapintás olv pont: +343C˚ Kapton – polimid polimer hajlékony szívós fóliák (szkafanderek alapanyaga) igen széles működési hőm. tartomány: 0÷673 K˚, -273 ÷400 C˚. igen alacsony kigázosodás /outgassing rate/. Celazole PBI, Duratron – polibenzimidazol polimer terheléses hőfoktartomány: 500 C˚ néhány óra, 310 C˚ < 20 000 óra. Kompozitok - mátrixok (fém, kerámia, polimer stb.) és - komponensek (szálas, szemcsés, - nanoméret) 22
K 21
MLI fólia „működése”:
23
K 22
Gerdien kondenzátor- duratron alkalmazási példa:
24
K 23
KERÁMIÁK A műanyagokhoz hasonlóan jó elektromos szigetelők, és a hővezető képességük sokkal jobb. Magas üzemi hőmérsékleten is mérettartóak. Könnyen elláthatók fémbevonattal. Műszaki kerámiák: Bizonyos fémek oxidjaiból (Al, Ti, Cr, Zr, stb.) kerámiák készíthetők – ezeket nevezik műszaki kerámiának. A műszaki kerámiák rendkívül kemények, kopásállóak, vegyileg ellenállók. Az oxidokat poralakban állítják elő, melyekből többféleképpen gyártanak különféle termékeket. Drazsírozás vagy pelletezés: Ennek során egy magra növesztik a réteget egy forgódobban. Kis átmérőjű golyók készítéséhez használatos eljárás. 25
K 24
Sajtolás: kisebb csúszógyűrűk, alakos testek gyártására használható. Nagyobb darabokhoz azért nem, mert a sajtolóerő igénye a mérettel meredeken nő, és a por belső súrlódása miatt a termék sűrűsége inhomogénné válik. Öntés: A porból masszát készítve azt egy gipszformába öntik. A gipsz a nedvességet gyorsan kiszívja a masszából. Izosztatikus sajtolás: Egy ballont megtöltenek kerámia porral, majd azt egy vízzel teli tartályba lógatják. A tartály nyomását fokozatosan 1500 bar-ig növelik, majd lecsökkentik. A vízzel teli tartályban a nyomás eloszlása homogén, így az eredmény is egy homogén, kréta állapotú tömb lesz. Megmunkálás: A fenti eljárások során kapott előgyártmányok megmunkálhatók, /eszterga, maró, fúró/, bár a szerszámok hamar kopnak. Az így elkészült darabok kemencében 1600°C -on kiégethetők, miközben térfogatuk akár 20-%ot is csökken. Ezután csak gyémánt szerszámmal lehet megmunkálni. 26
K 24/a
Villamosipari kerámiák: • Nagyfeszültségű szigetelők • Nagyfrekvenciás szigetelő kerámiák • Hőérzékeny kerámia félvezetők Termisztorok, PTC, NTC tárcsa-, gyöngy-, pontszerű üvegballonban, • Piezokerámiák (szűrők) • Feszültségfüggő ellenállások (varisztor, fesz. limiter) • Záróréteg kondenzátorok (Ba-oxid) • Aluminiumoxid kerámia kondenzátorok (Al2O3) • Vastag- és vékonyréteg hordozók (Al2O3 , BeO) 27
K 25
Termikus igénybevételek-második rész Megvizsgáljuk, hogy az elektromos alkatrészek a Q hőmennyiség hatására hogyan viselkednek. Az elektr. alkatrészeket illetően általában a következő üzemi
hőm. tartományokat használjuk: Commercial -40 ÷+85 ºС Industrial -40 ÷+100 ºС Automotive -40 ÷+125 ºС Extended -40 ÷+125 ºС Military -55 ÷+125 ºС Megnézünk néhány diszkrét félvezetőt, IC-t, kondenzátorokat, ferritmagos induktivitásokat, NYÁK lemezeket, hűtőbordákat. Memo: különleges szerkezeti elemeknél kiterjesztett hőfoktartományt is néztünk (teflon, poliimid, kerámia --- kompozitok). 28
K 26
A Si diódák hőfokfüggéséről: A maradékfeszültség csökken - Tk:-2mV/˚C
29
K 27
A záróirányú áram a hőmérséklettel nő
30
K 28
HŰTŐBORDÁK SORBAKAPCSOLÓDÓ HŐELLENÁLLÁSOK: Rth j-c – Rth c-mb – Rth mb-a Tipikus értékek: Rth j-c: 0,8-1,6 K˚/ W Rth c-mb: szilikon / 6kV/ 1,2 K˚/ W csillám 0,4-0,9 K˚/ W kerámia /10kV/ 0,3 K˚/ W hő-zsír 0,0050-0,1 K˚/ W száraz 0,2-0,5 K˚/ W kapton /4kV/ 0,16 K˚/ W Cu-E fólia /30 μm/ 0,8 K˚/ W .
Kérem észrevenni, hogy 150mm után az Rth görbe telítéses jellegű. Egyszerű számítási példa: Tj=150 ˚C, biztonsági tényező -15%, Tjm=125 ˚C Ta=80 ˚C, Pd=10 W, Rthsum=Δt/Pd=4.5 ˚C/W 31
K 29
Az előző példánkban a 4.5 C˚/W azt jelenti, hogy legfeljebb ekkora lehet az eredő hőellenállás. A tok és a szigetelő alátét elvesz 2.5 C˚/W-ot, és az alábbi formából 75mm-es darabot kell felhasználni.
32
K 30
A kerámia kondenzátorok anyagának hőfokfüggése - 1
33
K 31
A kerámiakondenzátorok anyagának hőfokfüggése – 2
34
K 32
Az aluminium elektrolit kondenzátorok hőfokfüggéséről:
35
K 33
A fóliakondenzátorok hőfokfüggéséről:
Polikarbonát Poliészter
Polisztirol Polipropilén 36
K 34
TOKOZOTT ELLENÁLLÁS
37
K 35
A mágneses anyagok Curie hőmérséklete: Az elektronok meghatározott pályákon keringenek az atommag körül, és közben saját tengelyük körül forgást is végeznek. Az e töltésű, v sebességgel keringő elektron keltette áram hatására H térerősségű mágneses tér alakul ki. A keringő elektron I elektromos áramot képvisel, és H mágneses teret kelt. Érvényes a következő összefüggés: töltés x sebesség = As·m/s = Am Az atom mágneses momentumának tehát két összetevője van: a spinből eredő, és a mag körül keringő elektronokból eredő. A különböző anyagok viselkedését külső mágneses térben csak az atom mágneses momentuma határozza meg. A ferromágneses anyagokban ezek a momentumok részben rendezettek – Weiss tartományok, Bloch falak --A különböző összetételű ferrit anyagok curie hőmérséklete 38 200 és 400 ˚C közötti érték.
A curie hőmérséklet eléréskor ez a rendezettség megszűnik. Másodrendő fázisátalakúlás jön létre: a jelenség folyamatos és irreverzibilis. Diamágneses anyagok: üveg, Cu, Au, Ag, Hg, Ge, Pb Paramágneses anyagok: O2, Na, K, Al, Si, Sn, Mg
39
A nyomtatott huzalozású lemezek hővezetése: Egy lap síkjában végbemenő hőátadást (laterális hővezetés) a következő összefüggéssel írhatjuk le: Q=λ·(δb/L)·ΔT Q hővezetés [W] λ hővezetési tényező [W/mC°] b, δ szélesség, illetve vastagság [m] ΔT [C°]
Ha a lemez □ alakú b=L, a négyzetre vonatkoztatott hőellenállás a fentiek alapján: Rth□=1/λδ [C°/W] Optikai összehasonlítással az alábbi ábra sorozat segítségével megbecsülhető egy NYÁK lemez Rth□. Feltétel: a rézfólia 75µm, és a hordozó 0.74 mm-es üvegszálas epoxi. A becslés eredményei rendre a következők lehetnek: 40
1. állapot: Teljes fedettség: Rth□=35 C°/W, 2. állapot: Rth□=60÷84 C°/W, 3. állapot: Rth□=200-240 C°/W, 4. állapot: Rth□=250-260 C°/W, 5. állapot: Rth□=440 C°/W, 6. állapot: Rth□=1800-2800 C°/W, 7. állapot: 0% réz fedettség Rth□=5600 C°/W.
A kártyák általában téglalap alakúak, és a fentiek alapján ismerjük az Rth□-t, és attól függően, hogy a kártya négy széle termikusan szigetelt, vagy valamilyen To hőmérsékletre szabályozzuk, akkor a hőmérséklet növekedés a következő összefüggéssel „becsülhető”:
ΔTmax= Rth□ [C°/W]∙ Q [W] ∙ L [m] / 8 b [m] · (1-1 / ch ….)
41
• Ventillátorok: axiális, radiális, Miért szeretjük a ventillátorokat? Már kicsi ventillátorral is feleakkora hőellenállást realizálhatunk a környezet felé. • Termo-elektromos elemek peltier cella: 40x40 mm, 10A: Δt=40C˚ nagyon fontos: a meleg oldal hőelvezetésének biztonsága. • Napelemek energiasűrűség a légkör felső határán: 1350 W/m². 42
Mechanikai igénybevételek Rázás – rázkódás, ütődések Minden időben ismétlődő mozgást rezgésnek tekintünk. Ez lehet szabályos vagy szabálytalan – pl. szinuszos vagy zajszerű. Ha ugyanaz a mozgásszakasz ugyanúgy ismétlődik akkor az periodikus mozgás. A szabályos rezgések mindig periodikus mozgások. Jellemző mennyiségeik: T periódus idő, (T=1/f), A kitérés, (amplitúdó) A·w sebesség A·w² gyorsulás x= A sin ωt v=dx/dt= Aω cos ωt a=dv/dt= -Aω² sin ωt A test harmonikus rezgőmozgást végez amikor a ható erők eredőjének nagysága arányos a kitéréssel, de ellentétes irányú. 43
A vibrációs igénybevételek vizsgálata kétfelé ágazik: a) A fellövés alatt is van működés. Az elektronika feszültség alatt van. b) Bekapcsolás a start után napok múlva. Az első esetre felkészülve gondosan át kell vizsgálni az alkatrészek között a réseket, távolságokat – a rázkódás miatt keletkező kitérések nem okoznak-e zárlatot. biztositani kell, hogy a rendszerből a levegő az emelkedés során a lehető leggyorsabban távozni tudjon, vagy tudomásul kell venni, hogy a 10 kPa nyomástartományban a „levegő” villamos átütési szilárdsága 20-30 kV-ról 330 V-ra csökken – Paschen törvény. 44
45
A Paschen görbék különböző gázokra
46
A harmonikus rezgőmozgás dinamikai feltétele. F = m·a = m·( - Aω² sin ωt) = - m· ω²·x A rezgő rendszer mechanikai energiája: E=1/2 D·x² + 1/2 m·v². D - a rúgóállandó, x – a kitérés, m – a rendszer tömege. A rúgóállandó: ha ugyanarra a rúgóra különböző nagyságú Y tömeget akasztunk (vagyis változtatjuk az erőt) akkor különböző mértékű változást – megnyúlást vagy alakváltozást kapunk. D = F/Δl = m·g / Δl F=m·g, súlyerő, y megnyúlás, tehát azt látjuk, hogy az F/y állandó. Ez a fizikai mennyiség a rugalmassági modulus v. rúgóállandó mértékegysége: [ N/m]. 47
Rugalmassági modulus (E), GPa
Anyag Gumi (kis feszültségeknél) Kis sűrűségű polietilén
0,01-0,1 0,2
Polipropilén
1,5-2
Polisztirol
3-3,5
Nylon
2-4
Tölgyfa (szálirányban)
11
Nagyszilárdságú beton (nyomásra)
30
Fémes magnézium (Mg)
45
Alumínium ötvözet
69
Üveg
72
Bronz és sárgaréz
103-124
Titán (Ti)
105-120
Szénszállal erősített műanyag (szálirányban)
150
Vas és acél
190-210
Volfrám (W)
400-410
Szilícium-karbid (SiC)
450
Volfrám-karbid (WC)
450-650
Szén nanocső Gyémánt (C)
[1]
1000+ 1050-1200
48
A monoton rázkódásnak kitett kártyán a sérüléseket az ismételt kihajlások okozzák, és nem a gyorsulásból eredő erő. A legtöbb alkatrész nagy gyorsulást is elbír ha kicsi a kihajlás. A kihajlás mértéke az alábbiaktól függ: • A kártya össz. tömegétől • A kártya befogási módjától • A kártya anyagától és alakjától A kártya saját frekvenciája:
1 y[mm] 0,386 2 f r [ Hz]
f r [ Hz]
K 2
D[
N ] b[m] v[m] 2 m m[kg] a 3 [m]
y: kihajlás [mm], D: rugalmassági modulus / FR4, G10 : E=500 N/m²/ m: a kártya összes tömege [kg] (a saját és a szerelvények együttesen) a: a kártya hossza és b: a kártya szélessége [m], v: a kártya vastagsága [m]
A kártya hosszát csökkentve nő a sajátfrekvencia és csökken a kihajlás. A kártyák befogási módjai körben leszorított vagy támasztott. Az egyik oldalon levő kártyacsatlakozó támasztásnak számít. A szerelt kártya tömege 3-4 szeresre nőhet, és rugalmassági modulus 1 nagyságrendet nőhet. 49
Szinuszos rázásvizsgálat /pl.
Sokat használtuk ezt a bizonyos rázkódástervezési számot /n·g/ a kitérések számításához. Végül az a tapasztalatunk, hogy a gyorsuláson alapuló elmélet lehet korrekt, de nem „életszerű”, mert a tönkremeneteleket nem a gyorsúlás okozza, hanem a relatív mozgás, az ismétlődő kihajlások.
50
A rázásnál létrejövő amplitudó viszonyokat a rendszer átviteli tényezőjét mutató görbék elemzésével vizsgálhatjuk: ω= 0 – „abszolút” nyugalom. ω= nagy, az erő olyan gyorsan változik, hogy a rendszer nem tudja követni, ez is nyugalom. ω= ωn - az erő megfelelő időben, megfelelő irányban „löki” meg a rendszert, ezért igen nagy amplitudó tud kialakúlni. Következtetések: 1. Egy rázásálló konstrukciónál ne az energiaelnyelés, hanem az átadás legyen a cél. 2. Egy szerkezet legyen merevebb mint a hordozója azért, hogy pici relatív elmozdulások jöjjenek létre 51 3. Merevségre és könnyűségre törekedjünk.
A XX. sz. elején Viktor Hess ballonos mérésekre támaszkodva kimutatta, hogy nem a Föld radioaktív kisugárzásáról van szó. Kozmikus sugárzás: Forrás: a Nap és a galaxis - Proton - Gamma - Atommagok
14 nagyságrendet átfogó energia-tartomány a fluxus fordítottan arányos az energia 1/3 -os gyökével.
52
53
54
55
56
57
Vizsgakérdések: Hogyan „minősítik” a nagyon nagy vákuumot, ha nem a nyomást adják meg számszerüen? Milyen hőközlési módokat ismer? Mi a különbség az egyes hőközlési módok között? Mutassa be a „termikus ohm törvényt”! Mi a hővezetési tényező? Mértékegysége? Mi a fajlagos hőkapacitás? Mértékegysége? Mi a magyarázata a fémek jó hővezető-képességének? Mitől függ egy test emissziós tényezője? Milyen hőmérséklet tartományban használhatók a teflon és a kapton fóliák? Mi az alapanyaguk? Milyen egy MLI „paplan” összetétele? Hány rétegű burkolatokat használnak? Mi a curie hőmérséklet lényege? Mit eredményez a curie hőmérséklet megközelítése és elérése? 58
Vizsgakérdések /folytatás/ Mi lehet az oka annak, hogy a színfémekhez képest az ötvözetek rosszabb hővezetők? Miért nem írtunk dimenziót az abszorpciós ill. az emissziós adatokhoz? A műanyagok alkalmazásának alapvető kritériumai? Mi az ipari kerámiák használatának előnyei? Mondjon példákat! Mi az izosztatikus sajtolás lényege? Hol használják? Mennyi az ipari kerámiák maximális üzemi hőmérséklete? Milyen villamosipari kerámia tipusokat ismer? Mi a villamosipari kerámiák anyaga?
59
Vizsgakérdések – folytatás A vibrációs igénybevételek milyen jellegű hibákat okoznak? Miért célszerűbb a kitérést vizsgálni a rázó igénybevételéknél? Mit jelent egy kártya saját frekvenciája? Az alkatrészek beültetésével hogyan változik a kártya saját frekvenciája? Foglalja össze néhány pontban egy rázásálló konstrukció tervezési irányelveit! Mi a Paschen törvény?
60
