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Un artículo para ayudarlo a comprender las propiedades mecánicas de los materiales: resistencia, dureza, tenacidad, fragilidad ...

En ingeniería estructural, cuando seleccionamos el material adecuado para un proyecto o producto, es muy importante elegir este material, no ese material, basándonos en las propiedades mecánicas del material como base, este artículo te llevará a entender las bases propiedades mecánicas de los materiales: resistencia, dureza, tenacidad, fragilidad ...

MATERIALES-INGENIERÍA ESTRUCTURAL

★ Básico Conceptos

El aprendizaje del conocimiento comienza con conceptos, que son las unidades más pequeñas de conocimiento. Comprender algo, un tema, requiere la comprensión de muchos conceptos básicos. Por lo tanto, para aprender sobre las propiedades mecánicas de los materiales, primero debemos comprender el concepto central relevante y lo que este concepto expresa. Con este punto de partida, lo que sigue será mucho más sencillo.

No. Propiedades Definición
1 Fortalecimiento La capacidad de un material para resistir daños bajo la acción de una fuerza externa.
2 Dureza La capacidad de un material para resistir la deformación plástica local. La capacidad de un material para resistir raspaduras, cortes, abrasión, hendiduras o penetraciones.
3 Rigidez La rigidez se refiere a la capacidad de un material o componente para resistir la deformación bajo tensión, que es una representación de la dificultad de la deformación elástica y también de la fuerza requerida para provocar el desplazamiento de la unidad.
4 Flexibilidad La flexibilidad, también conocida como relación de esbeltez, se denomina λ, que se refiere al tamaño de la deformación a lo largo del eje vertical del componente bajo tensión axial. Es el recíproco de la rigidez.
5 Fatiga El daño por fatiga se refiere al fenómeno de falla del material bajo una tensión que está muy por debajo del límite de resistencia o incluso del límite de fluencia del material.
6 Dureza Dureza, que indica la capacidad de un material para absorber energía durante la deformación plástica y la rotura.
7 Fragilidad La fragilidad se refiere a la propiedad de que el material se rompe bajo la acción de una fuerza externa (como un impacto de tracción, etc.) con solo una pequeña deformación.
8 Elasticidad La elasticidad se refiere a la propiedad de que un objeto puede recuperar su tamaño y forma originales después de la deformación, que se expresa mediante el módulo de elasticidad E.
9 Plasticidad La plasticidad es la capacidad de un objeto para deformarse. Cuando la fuerza externa es pequeña, el objeto sufre una deformación elástica, cuando la fuerza externa excede un cierto valor, el objeto produce una deformación irrecuperable, que se llama deformación plástica.
10 Ductilidad La ductilidad se refiere a la capacidad de un material o componente de continuar transportándose después de alcanzar un estado de daño hasta que alcanza su capacidad máxima de carga. Esta es la capacidad de mantener la deformación a una cierta capacidad de carga.

★ Características básicas

Para ayudarlo a comprender mejor estas propiedades mecánicas, he seleccionado 10 escenas cinematográficas comunes del trabajo o de la vida cotidiana como referencia para describir con más detalle sus características básicas y transmitirlas a sus amigos para que aprendan unos de otros.

Resistencia: el material debe ser capaz de resistir las fuerzas aplicadas en el escenario de aplicación sin doblarse, romperse, romperse o deformarse.

fuerza

Dureza: los materiales más duros son generalmente más resistentes a los rayones, duraderos y resistentes a rasgaduras y hendiduras.

Dureza

Rigidez: un material con buena rigidez es menos propenso a deformarse.

Rigidez

Flexibilidad: un mayor grado de flexibilidad da como resultado una mayor deformación y una peor estabilidad del componente.

Flexibilidad

Fatiga: un material con alta fatiga es de buena calidad y dura más.

Fatiga

Dureza: la resistencia a la tracción y al impacto del material, cuanto mejor sea la tenacidad, menor será la posibilidad de rotura por fragilidad.

Dureza

Fragilidad: a diferencia de la tenacidad, cuanto mayor sea la fragilidad, el material se dañará con muy poca deformación.

Fragilidad

Elasticidad: la capacidad de un material para absorber la fuerza y ​​doblarse en diferentes direcciones y volver a su estado original.

Elasticidad

Plasticidad: en relación con la elasticidad, cuanto mejor sea la plasticidad, la deformación del material mantendrá la forma después de la deformación.

Plasticidad

Ductilidad: la capacidad de estresarse y deformarse en la dirección de la longitud. Para estructuras sísmicas, se deben utilizar materiales con buen comportamiento de ductilidad.

Ductilidad

★ Conexiones y distinciones

Después de comprender los conceptos y características básicos, es aún más importante comprender las conexiones y distinciones entre ellos para obtener una comprensión profunda de las propiedades de los materiales o componentes y aplicarlos mejor a la vida práctica de la producción.

En primer lugar, las especialidades de los diferentes materiales son diferentes. En general, en la ciencia de los materiales, la dureza de la cerámica es alta, la resistencia del metal es alta, la plasticidad del polímero es buena, etc., porque tienen diferentes estructuras de materiales (desde microscópicos a mesoscópicos) y diferentes enlaces químicos, y hay mucho de qué hablar en que. Puedes ver lo que se dice en Fundamentos de la ciencia de los materiales, que está escrito con gran detalle.

1 La relación entre fuerza y ​​plasticidad

La resistencia se refiere a la cantidad máxima de fuerza que puede soportar un material. La plasticidad se refiere al porcentaje del material que se puede deformar al máximo. Por ejemplo, si una barra de acero puede soportar una fuerza máxima de 100Mpa, es decir, su resistencia es de 100Mpa, y si bajo una fuerza de 100Mpa se deforma un 20% y se rompe, entonces su plasticidad es del 20%.

En la industria, una situación típica en la que se requieren alta resistencia y alta plasticidad es en los componentes estructurales de un automóvil. Por un lado, queremos que sea capaz de soportar más fuerzas, y por otro lado, queremos que los componentes estructurales puedan deformarse en gran medida en caso de colisión, para que puedan absorber energía y proteger a los pasajeros. Por ejemplo, queremos que un componente estructural pueda soportar una presión de 2,000 MPa y al mismo tiempo deformarse hasta en un 60% sin fracturarse. (Energía absorbida = fuerza sobre el miembro estructural x grado de deformación del miembro estructural) Esto es, de hecho, tenacidad. La tenacidad es la cantidad de energía absorbida por un material durante la deformación y generalmente está representada por la integral debajo de la curva en un ensayo de tracción diagrama, es decir, el área, como se muestra a continuación.

En términos generales, la resistencia y la plasticidad de un material no se pueden cumplir simultáneamente, son como las dos caras de la misma moneda: un aumento de la resistencia suele conducir a una disminución de la plasticidad. La investigación ha demostrado que la deformación plástica de los materiales metálicos generalmente se logra mediante un deslizamiento por dislocación. Durante el endurecimiento por trabajo, el metal se deforma plásticamente, los granos se deslizan y las dislocaciones se enredan, lo que hace que los granos se alarguen, rompan y fibrilen, evitando una mayor deformación y la consiguiente falla y fractura.

2 La elasticidad y la plasticidad son relativas

La elasticidad es simple, después de la retirada de las fuerzas externas, la deformación se puede recuperar por completo; plasticidad significa que el material tiene deformación plástica, después de la retirada de las fuerzas externas la deformación no se puede recuperar por completo, hay deformación plástica residual. Por ejemplo, el índice de alargamiento se usa para evaluar la plasticidad del acero. Después de retirar una muestra de acero, la deformación elástica se recuperará, mientras que la deformación plástica residual, por lo que el alargamiento se puede utilizar para evaluar la capacidad de deformación plástica del acero.

3 Rigidez, ductilidad y plasticidad

En primer lugar, los tres son conceptos que miden el grado de deformación. La rigidez es el valor de carga / desplazamiento en la fase elástica, que es EI, una medida de suavidad y rigidez. La ductilidad y la plasticidad son deformaciones en la fase inelástica, el coeficiente de ductilidad se puede calcular cuantitativamente y la plasticidad es un concepto cualitativo.

4 Dureza = fuerza + plasticidad

La tenacidad se refiere a la energía absorbida por el material desde la fuerza hasta la fractura, mientras más energía se consuma para hacer que el material se fracture, mejor será la tenacidad. El consumo de energía significa que se debe trabajar en el material fuera del sistema, lo que indica la presencia de fuerza y ​​desplazamiento (deformación). La capacidad de resistir el estrés se caracteriza por la resistencia y la capacidad de deformarse se caracteriza por la plasticidad. Entonces, un material dúctil tiene buena plasticidad.

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