تجاوز الى المحتويات الرئيسية

افهم منحنى إجهاد الشد في مقال واحد

يمكن قياس خصائص مادة ما من حيث التشوه والضرر تحت قوى الشد من خلال منحنى إجهاد وانفعال الشد ، وهو أحد المفاهيم الأساسية والأكثر أهمية في ميكانيكا المواد ، تعال معي لفهمها.

إجهاد الشد

الإحداثي الأفقي للمنحنى هو الضغط والإحداثيات الرأسية هي الضغط. يعكس شكل المنحنى عمليات التشوه المختلفة التي تحدث في المادة تحت تأثير القوى الخارجية.

★ ما هو Tensile Sخصلة شعر-Sقطار؟

نعلم جميعًا أن عناصر القوة الثلاثة هي الحجم والاتجاه ونقطة التأثير. ومع ذلك ، فإن نقطة العمل ليس لها أبعاد ، فهي ببساطة تمثل موقع القوة. مادة الكائن لها أبعاد وعندما نحتاج إلى دراسة القوى في نقاط مختلفة داخل كائن ما ، نحتاج إلى تقديم مفهوم الإجهاد ، معبراً عنه بـ.

صيغة إجهاد الشد: σ = dF / dA ، والتي تمثل الإجهاد لكل وحدة مساحة داخل المادة. من منظور الشخص العادي ، فإن إجهاد الشد هو المقاومة لكل وحدة مساحة داخل الكائن عندما يتعرض الكائن لعمل خارجي ، مع شعور بالدفاع المشترك ضد الأعداء الخارجيين.

إجهاد

كما هو موضح أعلاه ، يخضع الجسم لقوة شد ، ثم من أجل موازنة القوة ، تخضع المادة لكل وحدة مساحة داخل الجسم لجزء من القوة. عندما يكون مستوى داخل الجسم متعامدًا على اتجاه القوة وتكون المادة متجانسة ، يتم تطبيق متوسط ​​إجهاد الشد. تحت ضغط الشد هذا ، يسمى التشوه الذي يعكس الكائن بالضغط.

★ أربع مراحل لمنحنى الإجهاد والانفعال

كما هو موضح في الرسم البياني أدناه: ينقسم منحنى الإجهاد والانفعال عمومًا إلى أربع مراحل: المنطقة المرنة ومنطقة التدفق وتصلب الإجهاد وكسر العنق.

أربع مراحل من منحنى إجهاد الشد

1 مرنة منطقة

الخصائص: عندما يكون الضغط أقل من e ، يكون الضغط متناسبًا مع إجهاد العينة ، ويزال الضغط ويختفي التشوه ، أي أن العينة في مرحلة التشوه المرن. بعد أن يتجاوز الحمل القيمة المقابلة للنقطة "أ" ، يبدأ منحنى الشد بالانحراف عن الخط المستقيم.

إجهاد الشد

مفهوم هام: σe هو الحد المرن للمادة ويمثل الحد الأقصى من الإجهاد الذي تظل فيه المادة مشوهة بشكل مرن. في المرحلة المرنة يوجد مقطع "oa" خطي خاص توجد فيه علاقة خطية بين σ و. وهذا ما يسمى بالمرحلة التناسبية ، والمعروفة أيضًا باسم المرحلة المرنة الخطية. إرضاء قانون هوك.

σ = E * ε

يسمى E معامل مرونة المادة ، بشكل عام E = 200 GPa للصلب.
الحد التناسبي σp هو القيمة القصوى للضغط الذي يطيع قانون هوك بين الإجهاد والانفعال.

الملاحظات:
σ و يطيعان قانون هوك فقط عندما يكون الضغط F / A <p.
بالنسبة لـ σp <σ <σe ، لم يعد قانون هوك ساريًا في قسم "أب" ، لكنه لا يزال تشوهًا مرنًا.
نظرًا لأن الاختلاف بين σp و e ليس كبيرًا ، فلا يوجد تمييز في الهندسة.

2 منطقة التدفق

الخصائص: عندما يتجاوز الإجهاد σe إلى قيمة معينة ، تنكسر العلاقة الخطية بين الإجهاد والانفعال ويزداد الإجهاد بشكل كبير ، بينما ينخفض ​​الضغط أولاً ثم يتقلب بشكل دقيق ، مع ظهور أجزاء صغيرة من خط سن المنشار بالقرب من الخط الأفقي على المنحنى. في حالة التفريغ ، يتم استرداد تشوه العينة جزئيًا فقط ، مع الاحتفاظ بجزء من التشوه المتبقي ، أي تشوه البلاستيك. يشير هذا إلى أن تشوه المادة يدخل مرحلة تشوه اللدائن المرنة.

إجهاد الشد

مفهوم هام: يُطلق على σs مقاومة الخضوع أو نقطة الخضوع للمادة وهي مؤشر مهم على اللدونة. بالنسبة للمواد التي ليس لها عائد كبير ، في الهندسة ، يتم تحديد قيمة الضغط الذي ينتج عنه تشوه متبقي بنسبة 0.2٪ كحد أقصى للإنتاجية.

في اختبار الشد، إذا كانت العينة قد أعطت ، أي القسم "bc" في الرسم البياني أعلاه ، تستمر العينة في الاستطالة على الرغم من أن الحمل لم يعد يزداد ، وبالتالي تظهر فترة أفقية في منحنى الشد ، وهي ظاهرة تُعرف باسم العائد أو التدفق. تحدث ظاهرة الغلة بسبب انزلاق البلورات في المعدن. بالنسبة للمواد التي لا تخضع للخضوع ، تنص اللوائح الهندسية على استخدام الضغط المقابل لـ 0.2٪ من تشوه البلاستيك كمقاومة للخضوع ، مسجلة كـ σ0.2.

3 سلالة تصلب

الخصائص: عندما يتجاوز الإجهاد σs ، تخضع العينة لتشوه كبير وموحد من البلاستيك ، إذا كان الضغط على العينة سيزداد ، فيجب زيادة قيمة الإجهاد. تُعرف ظاهرة زيادة المقاومة لتشوه البلاستيك مع زيادة تشوه البلاستيك باسم تصلب العمل أو تقوية التشوه.

إجهاد الشد

مفهوم هام: تنتهي مرحلة التشوه المنتظم للعينة عندما يصل الضغط إلى σb. يسمى هذا الضغط الأقصى σb القوة المطلقة أو قوة الشد للمادة ، والتي تشير إلى مقاومة المادة لأقصى تشوه بلاستيكي موحد ، أي أقصى إجهاد يمكن أن تتحمله المادة قبل تلف الشد.

4 كسر العنق

الخصائص: بعد قيمة الإجهاد لـ b ، تبدأ العينة في التشوه بشكل غير متساوٍ وتشكل عنقًا منكمشًا ، وينخفض ​​الإجهاد وأخيراً كسور العينة عندما يصل الإجهاد إلى σf.

إجهاد الشد

مفهوم هام: σf هي مقاومة الكسر للمادة ، والتي تمثل المقاومة النهائية للمادة لللدونة. بشكل عام ، مؤشرات الخصائص البلاستيكية للمادة هي الاستطالة وتقليل المساحة.

استطالة: δ = (L1-L) / L * 100٪
تصغير المساحة: ψ = (A-A1) / A * 100٪

L1: طول العينة بعد الانسحاب
L: الطول الأصلي للعينة
A1: الحد الأدنى من مساحة المقطع العرضي للعينة عند الكسر
ج: منطقة المقطع العرضي الأصلي
كلما زادت قيمة δ و ψ ، كانت اللدونة أفضل.

★ منحنيات الإجهاد والانفعال الشد للمواد ذات الخصائص المختلفة

في الهندسة ، عادةً ما يشار إلى المواد ذات الاستطالة بنسبة ≥5٪ بعد الكسر بالمواد البلاستيكية ، بينما يشار إلى المواد ذات الاستطالة بنسبة <5٪ بعد الكسر بالمواد الهشة. بشكل عام ، يمكن رؤية أن المواد البلاستيكية لها مرحلة إنتاجية مميزة ، في حين أن كسر الشد يشكل عنقًا. في المقابل ، لا ترى المواد الهشة مرحلة محصول واضحة أثناء التمدد ، ولا يحدث تعنق عند كسر الشد.

منحنى الإجهاد والانفعال

مادة بلاستيكية: منطقة مرنة صغيرة جدًا.
مادة مطيلة: بعد المنطقة المرنة يوجد قسم غريب حيث يحدث "الترقوة" - يحدث تشوه دائم في هذه المنطقة البلاستيكية.
مادة قوية غير مطيلة: تتمدد الأسلاك الفولاذية قليلاً جداً وتنكسر فجأة.
مادة هشة: هذه المادة قوية أيضًا نظرًا لوجود إجهاد ضئيل للضغط العالي. يكون كسر المادة الهشة مفاجئًا مع تشوه بلاستيكي ضئيل أو معدوم. الزجاج هو إجهاد هش.

مقارنة الخواص الميكانيكية للبلاستيك والمواد الهشة

البلاستيك المادة مادة هشة
استطالة: δ≥5٪ استطالة: δ < 5٪
تشوه كبير في البلاستيك قبل الكسر تشوه قليل جدا قبل الكسر
الأداء الضاغط وأداء الشد متشابهان أداء ضاغط أكبر بكثير من أداء الشد
مناسب للتزوير والعمل على البارد مناسب لعناصر الأساس أو الأصداف
ملاحظة: يمكن تغيير مرونة وهشاشة المادة من خلال التغييرات في طرق التصنيع وظروف العملية.

 

هذا كل ما في منحنى إجهاد الشد ، إذا كنت تريد معرفة كيفية القيام بذلك اختبار قوة الشد ، انظر هنا.

هذه المشاركة لها تعليقات 0

اترك تعليق

الرجوع إلى الأعلى