- Krivulje naprezanja naprezanja
- Elastična zona
- Elastično-plastična zona
- Zona plastike i lom
- Kako postići napor prinosa?
- Prinos napona iz krivulje napona i naprezanja
- Važni detalji koje morate imati na umu
- Reference
Napon naprezanja definira se kao napor potreban da se predmet počne trajno deformirati, odnosno podvrgnuti plastičnoj deformaciji bez loma ili loma.
Kako ta granica može biti neprecizna za neke materijale, a preciznost korištene opreme faktor težine, u inženjerstvu je utvrđeno da je napon prinosa u metalima kao što je konstrukcijski čelik onaj koji stvara 0,2% trajne deformacije u predmet.
Slika 1. Materijali korišteni u konstrukciji testirani su kako bi se utvrdilo koliko su napona sposobni izdržati. Izvor: Pixabay.
Poznavanje vrijednosti naprezanja prinosa važno je znati je li materijal prikladan za uporabu koju želite dati dijelovima proizvedenim s njim. Kad je dio deformiran preko granice elastičnosti, možda neće moći ispravno izvršavati predviđenu funkciju i mora ga se zamijeniti.
Da bi se dobila ta vrijednost, ispitivanja se obično provode na uzorcima napravljenim od materijala (epruveta ili uzoraka), koji su izloženi različitim naprezanjima ili opterećenjima, dok se mjeri izduženje ili istezanje koji se doživljavaju sa svakim od njih. Ovi testovi su poznati i kao test zatezanja.
Za provođenje ispitivanja zatezanja, počnite primjenjivati silu od nule i postupno povećavajte vrijednost dok se uzorak ne raspadne.
Krivulje naprezanja naprezanja
Podaci parovi dobiveni testom zatezanja crtaju se postavljanjem opterećenja na okomitu os i naprezanja na vodoravnoj osi. Rezultat je grafikon poput onoga prikazanog dolje (slika 2), koji se naziva krivulja naprezanja i naprezanja za materijal.
Od njega se određuju mnoga važna mehanička svojstva. Svaki materijal ima svoju krivulju napona i naprezanja. Na primjer, jedna od najgledanijih je konstrukcijski čelik, koji se naziva i čelik blage ili niske razine ugljika. To je materijal koji se široko koristi u građevinarstvu.
Krivulja napona i naprezanja ima karakteristična područja u kojima materijal ima određeno ponašanje prema primijenjenom opterećenju. Njihov točan oblik može značajno varirati, ali oni ipak imaju neke zajedničke karakteristike koje su opisane u nastavku.
Za sljedeće pogledajte sliku 2, koja vrlo općenito odgovara konstrukcijskom čeliku.
Slika 2. Krivulja napona i naprezanja za čelik. Izvor: modificirano od Hans Topo1993
Elastična zona
Područje od O do A elastično je područje gdje vrijedi Hookeov zakon, u kojem su napon i naprezanje proporcionalni. U ovoj se zoni materijal nakon naprezanja u potpunosti obnavlja. Točka A poznata je kao granica proporcionalnosti.
U nekim materijalima krivulja koja ide od O do A nije ravna linija, ali su ipak elastične. Važno je da se vrate u svoj izvorni oblik kad prestane punjenje.
Elastično-plastična zona
Dalje imamo područje od A do B, u kojem se deformacija brže povećava s naporom, ostavljajući obje ne proporcionalne. Nagib krivulje se smanjuje i na B postaje vodoravni.
Od točke B materijal više ne vraća svoj izvorni oblik, a vrijednost napona u toj točki smatra se naponom rastezanja.
Područje od B do C naziva se zona prinosa ili puzanja materijala. Tamo se deformacija nastavlja iako se opterećenje ne povećava. Čak bi se mogao smanjiti, zbog čega se kaže da je materijal u ovom stanju savršeno plastičan.
Zona plastike i lom
U području od C do D dolazi do otvrdnjavanja u kojem materijal predstavlja promjene u svojoj strukturi na molekularnoj i atomskoj razini, što zahtijeva veće napore da se postignu deformacije.
Iz tog razloga, krivulja doživljava rast koji završava kada dostignemo maksimalno naprezanje σ max.
Od D do E još uvijek je moguća deformacija, ali s manje opterećenja. U uzorku (uzorku) se formira vrsta stanjivanja koja se naziva strikture, što na kraju dovodi do opažanja prijeloma u točki E. Međutim, već u točki D materijal se može smatrati slomljenim.
Kako postići napor prinosa?
Granica elastičnosti L e nekog materijala je maksimalno naprezanje koje može podnijeti bez gubitka elastičnosti. Izračunava se kvocijentom između veličine najveće sile F m i površine poprečnog presjeka uzorka A.
L e = F m / A
Jedinice granice elastičnosti u Međunarodnom sustavu su N / m 2 ili Pa (Pascals) jer je to stres. Granica elastičnosti i granica proporcionalnosti u točki A vrlo su blizu vrijednosti.
Ali kao što je rečeno na početku, možda ih nije lako odrediti. Napon naprezanja dobiven krivuljom napona naprezanja praktično je približavanje granici elastičnosti koja se koristi u strojarstvu.
Prinos napona iz krivulje napona i naprezanja
Da bi se dobila crta se crta paralelno s linijom koja odgovara elastičnoj zoni (onoj koja se pokorava Hookeovom zakonu), ali pomiče se približno 0,2% na vodoravnoj skali ili 0,002 inča po inču deformacije.
Ova linija se proteže do presijecanja krivulje u točki čija je vertikalna koordinata željena vrijednost napona prinosa, označena kao σ i, kao što je prikazano na slici 3. Ova krivulja pripada drugom duktilnom materijalu: aluminijumu.
Slika 3. Krivulja napona i naprezanja za aluminij iz koje se u praksi određuje napon prinosa. Izvor: self made.
Dva duktilna materijala kao što su čelik i aluminij imaju različite krivulje naprezanja. Aluminij, na primjer, nema grubo vodoravni presjek čelika koji se vidi u prethodnom dijelu.
Ostali materijali koji se smatraju krhkim, poput stakla, ne prolaze gore opisane faze. Ruptura se javlja mnogo prije nego što se pojave značajne deformacije.
Važni detalji koje morate imati na umu
- Sile koje se u načelu razmatraju ne uzimaju u obzir modifikacije koje se nesumnjivo događaju u području poprečnog presjeka uzorka. To inducira malu grešku koja se ispravlja grafičkim prikazom stvarnih naprezanja, onih koja uzimaju u obzir smanjenje površine kako se deformacija uzorka povećava.
- Razmatrane temperature su normalne. Neki materijali su duktilni na niskim temperaturama i više nisu duktilni, dok se drugi lomljivi na višim temperaturama ponašaju kao duktilni.
Reference
- Beer, F. 2010. Mehanika materijala. McGraw Hill. 5.. Izdanje. 47-57.
- Inženjeri Edge. Čvrstoća popuštanja. Oporavilo od: engineersedge.com.
- Puzati stres. Oporavak od: instron.com.ar
- Valera Negrete, J. 2005. Bilješke o općoj fizici. UNAM. 101-103.
- Wikipedia. Puzanje. Oporavilo sa: Wikipedia.com