Verstehen Sie die Zugspannungs-Dehnungs-Kurve in einem Artikel

Die Eigenschaften eines Materials in Bezug auf Verformung und Schädigung unter Zugkräften lassen sich anhand der Zugspannungs-Dehnungs-Kurve messen, die eines der grundlegendsten und wichtigsten Konzepte in der Werkstoffmechanik ist, um sie zu verstehen.

Die horizontale Koordinate der Kurve ist die Dehnung und die vertikale Koordinate ist die Spannung. Der Verlauf der Kurve spiegelt die verschiedenen Verformungsprozesse wider, die im Material unter Einwirkung äußerer Kräfte auftreten.

★ Was ist Tensil SStress-SZug?

Wir alle wissen, dass die drei Elemente der Kraft Größe, Richtung und Wirkungspunkt sind. Der Angriffspunkt hat jedoch keine Dimensionen, er repräsentiert lediglich den Ort der Kraft. Das Material eines Objekts hat Dimensionen und wenn wir die Kräfte an verschiedenen Punkten innerhalb eines Objekts untersuchen müssen, müssen wir das Konzept der Spannung einführen, ausgedrückt als .

Zugspannungsformel: σ= dF/dA, die die Spannung pro Flächeneinheit im Material darstellt. Für Laien ausgedrückt ist Zugspannung der Widerstand pro Flächeneinheit innerhalb des Objekts, wenn das Objekt äußeren Einwirkungen ausgesetzt ist, mit einem Gefühl der gemeinsamen Verteidigung gegen äußere Feinde.

Wie oben gezeigt, wird ein Objekt einer Zugkraft ausgesetzt, um die Kraft auszugleichen, wird das Material pro Flächeneinheit innerhalb des Objekts einem Teil der Kraft ausgesetzt. Wenn eine Ebene im Inneren des Objekts senkrecht zur Kraftrichtung verläuft und das Material gleichmäßig ist, wird die durchschnittliche Zugspannung angewendet. Unter dieser Zugspannung wird die Verformung, die das Objekt widerspiegelt, als Dehnung bezeichnet.

★ Vier Stufen der Spannungs-Dehnungs-Kurve

Wie im folgenden Diagramm dargestellt: Die Spannungs-Dehnungs-Kurve wird im Allgemeinen in vier Phasen unterteilt: den elastischen Bereich, den Fließbereich, die Kaltverfestigung und den Einschnürungsbruch.

1 Elastic Region

Charakteristik: Liegt die Spannung unter σe, ist die Spannung proportional zur Dehnung der Probe, die Spannung wird abgebaut und die Verformung verschwindet, dh die Probe befindet sich in der Phase der elastischen Verformung. Nachdem die Belastung den dem Punkt 'a' entsprechenden Wert überschreitet, beginnt die Zugkurve von der Geraden abzuweichen.

Wichtiges Konzept: σe ist die Elastizitätsgrenze des Materials und stellt die maximale Spannung dar, bei der das Material elastisch verformt bleibt. In der elastischen Phase gibt es ein spezielles lineares 'oa'-Segment, in dem eine lineare Beziehung zwischen σ und besteht. Dies wird als proportionale Phase, auch als linear-elastische Phase bezeichnet. Das Hookesche Gesetz wird erfüllt.

σ=E*ε

E wird als Elastizitätsmodul des Materials bezeichnet, im Allgemeinen E = 200 GPa für Stahl.
Der Proportionalgrenzwert σp ist der maximale Spannungswert, der dem Hookeschen Gesetz zwischen Spannung und Dehnung gehorcht.

Anmerkungen:
σ und ε gehorchen dem Hookeschen Gesetz nur, wenn die Spannung F/A <σp.
Für σp<σ<σe gilt das Hookesche Gesetz im 'ab'-Abschnitt nicht mehr, aber es handelt sich immer noch um eine elastische Verformung.
Da der Unterschied zwischen σp und σe nicht signifikant ist, wird im Engineering nicht unterschieden.

2 Durchflussbereich

Charakteristik: Wenn die Spannung σe auf einen bestimmten Wert überschreitet, wird die lineare Beziehung zwischen Spannung und Dehnung unterbrochen und die Dehnung nimmt deutlich zu, während die Spannung zuerst abnimmt und dann geringfügig schwankt, wobei kleine Sägezahnliniensegmente nahe der horizontalen Linie auf der Kurve erscheinen. Im unbelasteten Zustand wird die Verformung der Probe nur teilweise wiederhergestellt, während ein Teil der Restverformung, dh plastische Verformung, erhalten bleibt. Dies deutet darauf hin, dass die Verformung des Materials in die elasto-plastische Verformungsphase eintritt.

Wichtiges Konzept: σs wird als Streckgrenze oder Streckgrenze eines Materials bezeichnet und ist ein wichtiger Indikator für die Plastizität. Bei Werkstoffen ohne nennenswerte Streckgrenze wird im Maschinenbau der Wert der Spannung, die 0.2 % Restverformung erzeugt, als Streckgrenze angegeben.

Im Zugversuch, wenn die Probe nachgegeben hat, dh Abschnitt 'bc' im obigen Diagramm, dehnt sich die Probe weiter, obwohl die Belastung nicht mehr ansteigt, und somit erscheint ein horizontaler Abschnitt in der Zugkurve, ein Phänomen, das als Fließen oder Fließen bekannt ist. Das Fließphänomen wird durch das Rutschen von Kristallen im Metall verursacht. Für Werkstoffe ohne Streckgrenze wird in den technischen Vorschriften die Spannung entsprechend 0.2% plastischer Verformung als Streckgrenze verwendet, die mit σ0.2 aufgezeichnet wird.

3 Kaltverfestigung

Charakteristik: Wenn die Spannung σs überschreitet, erfährt die Probe eine signifikante und gleichmäßige plastische Verformung, wenn die Dehnung der Probe zunehmen soll, muss der Spannungswert erhöht werden. Dieses Phänomen der Erhöhung des Widerstands gegen plastische Verformung mit zunehmender plastischer Verformung ist als Kaltverfestigung oder Verformungsverstärkung bekannt.

Wichtiges Konzept: Die gleichmäßige Verformungsphase einer Probe endet, wenn die Spannung σb erreicht. Diese maximale Spannung σb wird als Bruchfestigkeit oder Zugfestigkeit des Materials bezeichnet, die den Widerstand des Materials gegen eine maximale gleichmäßige plastische Verformung angibt, dh die maximale Spannung, die das Material vor einer Zugschädigung aushalten kann.

4 Halsfraktur

Charakteristik: Nach dem Spannungswert von σb beginnt sich die Probe ungleichmäßig zu verformen und einen Schrumpfhals zu bilden, die Spannung sinkt und schließlich bricht die Probe, wenn die Spannung σf erreicht.

Wichtiges Konzept: σf ist die Bruchfestigkeit des Materials, die den endgültigen Widerstand des Materials gegen Plastizität darstellt. Im Allgemeinen sind Dehnung und Flächenverkleinerung Indikatoren für die plastischen Eigenschaften eines Materials.

Dehnung: δ= (L1-L)/L * 100%
Flächenreduzierung: ψ= (A-A1)/A * 100%

L1: Länge der Probe nach dem Abziehen
L: Originallänge der Probe
A1: Mindestquerschnittsfläche der Probe am Bruch
A: ursprüngliche Querschnittsfläche
Je größer der Wert von δ und ψ ist, desto besser ist die Plastizität.

★ Zugspannungs-Dehnungs-Kurven für Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften

Im Maschinenbau werden Werkstoffe mit einer Bruchdehnung von ≥ 5 % als plastische Werkstoffe bezeichnet, während Werkstoffe mit einer Bruchdehnung < 5 % als spröde Werkstoffe bezeichnet werden. Im Allgemeinen ist bei Kunststoffen eine ausgeprägte Fließphase zu erkennen, während Zugbruch eine Einschnürung bildet. Im Gegensatz dazu sehen spröde Materialien während des Streckens keine offensichtliche Fließphase, und beim Zugbruch tritt keine Einschnürung auf.

Ein plastisches Material: sehr kleiner elastischer Bereich.
Ein duktiles Material: Nach dem elastischen Bereich gibt es einen seltsamen Abschnitt, in dem es zu "Einschnürungen" kommt - in diesem plastischen Bereich tritt eine dauerhafte Verformung auf.
Ein starkes Material, das nicht duktil ist: Stahldrähte dehnen sich sehr wenig und brechen plötzlich.
Ein sprödes Material: Dieses Material ist auch stark, weil es bei hoher Belastung wenig Spannung gibt. Der Bruch eines spröden Materials erfolgt plötzlich mit geringer oder keiner plastischen Verformung. Glas ist spröde Spannung.

Vergleich der mechanischen Eigenschaften von Kunststoff und spröden Werkstoffen

Kunststoff Material	Brüchiges Material
Dehnung: δ≥5%	Dehnung: δ＜5%
Große plastische Verformung vor dem Bruch	Sehr geringe Verformung vor dem Bruch
Druckleistung und Zugleistung sind ähnlich	Druckleistung viel größer als Zugleistung
Geeignet zum Schmieden und Kaltumformen	Geeignet für Gründungselemente oder Schalen
Hinweis: Die Plastizität und Sprödigkeit des Materials können durch Änderungen der Herstellungsverfahren und Prozessbedingungen verändert werden.

 

Das ist also alles zur Zugspannungs-Dehnungs-Kurve, wenn Sie wissen wollen, wie das geht Zugfestigkeitsprüfung, siehe hier.