Выбор листового материала для защиты
В общем случае нас интересует характеристика материала:
Предел прочности при растяжении - .
И формула расчета максимально допустимой силы, для прямоугольного сечения, при превышении которой материал необратимо деформируется (сила приложена сосредоточенно, один конец жестко закреплен, второй конец свободно висит для простоты):
Pmax = (Sb*b*h2)/(6*l) [Н]
Sb [Па] - Предел прочности при растяжении
b [мм] - ширина сечения (ширина листа)
h [мм] - высота сечения (толщина листа)
l [мм] - расстояние от точки приложения силы до закрепленного конца
Как видно из формулы, чем больше Предел прочности при растяжении тем прочнее будет защита.
И чем толще материал, тем она прочнее в квадрате!!!, т.е. увеличение толщины в 2 раза, дает прибавку в прочности в 4, толщины в 3 раза - прочности в 9.
Некоторые примеры листового материала:
Сталь:
Плотность - 7850 кг/м3
09Г2С - Sb=460 МПа
Ст3пс - Sb=420 МПа
Ст3сп - Sb=445 МПа
65Г (закалка + отпуск) - Sb=2200 МПа - 64р/кг, броня не иначе, после теремо-обработки не порежешь и не погнешь ))
Из Ст3 делают Шериф, из какой точно неизвестно
Алюминий:
Плотность - 2800 кг/м3
АМц (без термообработки) - Sb=100 МПа
АМцН (нагартованные) - Sb=185 МПа
АМг6 (термообработке не подвергается) - Sb=315 МПа
Д16БМ, Д16М (отжиг) - Sb=145-235 МПа
Д16БТ, Д16Т (закалка + старение) - Sb=440 МПа
Д16БТН, Д16ТН (нагартованные + закалка + старение) - Sb=475 МПа
Д16АМ (отжиг) - Sb=145-235 МПа
Д16А (закалка + старение) - Sb=415 МПа
Д16АТ (закалка + старение) - Sb=425 МПа
Д16АТН (нагартованные + закалка + старение) - Sb=455 МПа
Титан:
Плотность - 4 500 кг/м3
ВТ6 - Sb=1200 МПа
Для примера возьмем лист стали Ст3сп размером 1x1м и толщиной 2мм - вес 15,7кг, стоимость 297р (23,4 р/кг), предельная сила - 297Н
Равный по массе дюраль-алюминий Д16АТ - толщина 5,61мм - стоимость 2826р (180 р/кг) - предельная сила - 2227Н
Равный по массе титановый сплав ВТ6 - толщина 3,49мм - стоимость 23550р (1500 р/кг) - предельная сила - 2434Н
Условный показатель стоимости за 100 Ньютонов прочности:
Ст3сп - 124 р/100Н
Д16АТ - 127 р/100Н
ВТ6 - 967 р/100Н
Как видно экономически Ст3сп и Д16АТ практически идентичны при равной массе, т.е. за единицу прочности мы платим одни и теже деньги.
НО!!!
Сталь Ст3сп толщиной 2мм - выдерживает 297Н
Алюминий Д16АТ толщиной 5,61мм - выдерживает 2227Н (в 7,5 раз больше при равной массе)
Титан ВТ6 толщиной 3,49мм - выигрывает у Д16АТ в габаритах и сильно проигрывает в стоимости.
Если взять Д16АТ толщиной 2мм, то вес будет 5,6кг, стоимость 1008р, предельная сила - 283Н и 356р/100Н
Д16АТ целесообразно применять, если нужно сильно уменьшить вес конструкции или получить большую прочность при том же весе.
Конечно это разбор не всех свойств. Предел прочности при растяжении - это далеко не единственный показатель. Есть такие важные показатели как Модуль сдвига, Модуль упругости, Предел текучести, Твердость и т.д.
Все они влияют на свойство конечной конструкции.
Учите Сопромат и будет вам счастье ))