يعد منحنى الإجهاد والضغط أحد الرسوم البيانية الأكثر شيوعًا التي ستلتقي بها في علوم المواد التمهيدية أو ميكانيكا المواد. على الرغم من أن العديد من النقاط والمناطق المسمىات يمكن أن تبدو شاقة في البداية ، إلا أن كل من التآمر وإتقان الإجهاد مقابل الإجهاد واضحان تمامًا. في هذه المقالة ، سوف نستكشف منحنى الإجهاد والتفصيل بالتفصيل حتى تتمكن من فهمه بشكل أفضل.
ولكن قبل أن نبدأ ، دعنا أولاً نراجع الإجابات على هذه الأسئلة:
1. لماذا تحدد خصائص المادة مع الإجهاد - الالتزام بدلاً من القوة - التخلص؟
تعتمد منحنيات القوة - الإبلاغ على حجم العينة وشكلها - تتطلب عينة أكثر سمكًا أو أطول قوة (وتخضع لإزاحة مختلفة) حتى لو كانت نفس المادة. وبعبارة أخرى ، فإن القوة والإزاحة هي خصائص خارجية مرتبطة بالهندسة.
2. ما هو التوتر؟
عندما يتم تطبيق حمولة خارجي F على مكون مستمر وقابل للتشوه في التوازن الثابت ، فإن المكون يشوه ويطور القوى الداخلية F ′ التي تعارض بالضبط الحمل المطبق للحفاظ على التوازن. على افتراض أن F موزعة بشكل موحد على منطقة مستعرضة أ ، فإن القوة المقاومة الداخلية لكل وحدة وحدة تُعرف باسم الإجهاد ويمكن التعبير عنها على أنها:
يحتوي الإجهاد على وحدات من الضغط (PA أو N/M²) ويمثل متوسط القوة الداخلية لكل وحدة تقاوم تشوه. هذاالإجهاد الهندسيتُفترض الصيغة توزيعًا موحدًا للإجهاد ؛ للتشوهات الكبيرة أو التحميل غير الموحد ، استخدمالإجهاد الحقيقي(بناءً على المنطقة الفورية) أو موتر الإجهاد الكامل للتحليل الدقيق.
3. ما هو سلالة?
تحت الحمل المطبق ، تشوه المواد. لمقارنة التشوه عبر عينات من الأحجام والأشكال المختلفة ، يقدم العلماء مقياسًا غير أبعاد يسمى الإجهاد ، والذي يحدد الاستطالة النسبية.
لعنصر بطول أصلي l0والتغيير في الطول ΔL ،سلالة الهندسةيتم تعريفه على أنه :
السلالة الهندسية بسيطة ودقيقة للتشوهات الصغيرة (عادة ما تصل إلى 5 ٪).
لتشوهات كبيرة ، كما هو الحال في تشكيل المعادن أو FEA غير الخطية ، يمكنك استخدامهاصواب (لوغاريتمي) سلالة، الذي يفسر الطول المتغير باستمرار:
يوضح منحنى الإجهاد الإجهاد كيف تتصرف المادة تحت الحمل ، والذي يوفر نظرة ثاقبة على قوة المادة وتصلبها وليونة وحدود الفشل.
يتم قياسه عادةً عن طريق اختبار شد أحادي المحور مدمر: يتم إمساك عينة "عظم الكلاب" الموحد أو المستقيم في آلة اختبار عالمية (UTM). يطبق الجهاز الحمل بمعدل ثابت محكم حتى تفشل العينة. خلال هذه العملية ، تقيس خلية تحميل UTM قوة الشد F ، في حين أن مقياس التمديد (أو نظام الفيديو/DIC) يسجل تشوهًا محوريًا على طول المقياس المحدد. يتم تسجيل القوة مقابل الإزاحة - وبالتالي الإجهاد الهندسي مقابل الإجهاد الهندسي - بشكل مستمر. أخيرًا ، تقوم بتحويل القوة إلى الإجهاد (σ = f/a0) والإزاحة إلى الإجهاد (ε = ΔL/L0) ، ثم ارسم σ على المحور العمودي مقابل ε على المحور الأفقي لإنشاء منحنى الإجهاد والضغط.
تتكون منحنيات الإجهاد والمواد الدكتايل من أقسام متعددة تعكس كيفية استجابة المادة مع زيادة الإجهاد. على النقيض من ذلك ، فإن منحنيات المواد الهشة ، هي أبسط بكثير - عادةً ما يكون خطًا مستقيمًا حتى يكسر. في ما يلي ، سوف نركز على سلوك الإجهاد والمواد الدكتايل.
هناك ثلاث مراحل رئيسية وخمس نقاط رئيسية على المنحنى:
تشوه مرن: في الجزء الأولي من المنحنى ، تكون الإجهاد والسلالة متناسبة تمامًا ، وبعد قانون هوك. هنا تتصرف المادة مثل الربيع - قم بإصلاح الحمل ويعود إلى شكله الأصلي. منحدر هذه المنطقة الخطية هو معامل يونغ ، الذي يحدد صلابة المادة.
تصلب السلالة: بعد نقطة العائد-وأي إسقاط إجهاد أو هضبة في بعض الفولاذ-تدخل المادة إلى مرحلة تصلب الإجهاد. يستمر تشوه البلاستيك بشكل موحد على طول المقياس ، وينمو المعدن أقوى مع تراكم الاضطرابات والتفاعل ، مما يجعل المزيد من الانزلاق أكثر صعوبة. وبالتالي ، فإن الإجهاد المطلوب للحفاظ على تشوه العينة يرتفع حتى يصل إلىقوة الشد النهائية.
معانقة: بمجرد أن تصل المادة إلى قوتها الشد النهائية ، ينتهي تشوه موحدة ويشكل "الرقبة" في منطقة واحدة. من تلك النقطة فصاعدًا ، يتطلب الأمر قوة أقل لدفع المزيد من التدفق البلاستيكي في الرقبة ، وبالتالي فإن الإجهاد الهندسي (الذي لا يزال يستخدم المنطقة المستعرضة الأصلية) يسقط حتى تكسر العينة أخيرًا.
الحد النسبي: نهاية الجزء الخطي على منحنى الإجهاد الذي يمكن سحبه من خلال حساب المنحدر.
حد مرن: أعلى إجهاد لا يزال التشوه قابلاً للاسترداد تمامًا. في المعادن ، يتزامن تقريبا مع الحد النسبي.
نقطة العائد (قوة العائد): الإجهاد الذي يبدأ فيه التشوه الدائم. تم العثور عليه من خلال رسم خط موازٍ للجزء الأولي (المرن) من المنحنى ولكنه يقابله سلالة 0.2 ٪ ؛ يحدد تقاطع هذا الخط مع منحنى الإجهاد والضغط قوة العائد.
قوة الشد النهائية:ذروة الإجهاد الهندسي على المنحنى. أبعد من ذلك ، يبدأ الابتيك. (ملاحظة: يستمر الإجهاد الحقيقي في الارتفاع حتى الكسر.)
نقطة الكسر (كسر):نهاية المنحنى ، حيث تنكسر المادة أخيرًا.
معامل المرونة:المساحة الواقعة تحت الجزء المرن من منحنى الإجهاد والضغط ، والتي تمثل الطاقة لكل وحدة حجم يمكن للمادة امتصاصها وإطلاقها دون تشوه دائم. إنها معلمة رئيسية لتصميم الينابيع ، والهياكل الجديرة بالتعطل ، وأي مكون يجب أن يخزن ويعيد الطاقة بشكل مرن.
صلابة:المساحة الإجمالية تحت منحنى الإجهاد والضغط ، الذي يحدد الطاقة لكل وحدة حجم يمكن للمواد امتصاصها قبل التكسير. يوجه المتانة اختيار المواد للتطبيقات المقاومة للصدمات والصدمات ، مثل هياكل تحطم السيارات والدروع البالستية.
ليونة:تقاس بالاستطالة عند الكسر (النسبة المئوية في طول المقياس عند الكسر) وتقليل المساحة (انخفاض النسبة المئوية في منطقة المقطع العرضي عند الكسر) ، تقيس الابتنائية مقدار ما يمكن للمادة تشوهه بشكل بلوبي قبل الفشل. تعد ليونة عالية مفيدة لتشكيل العمليات ، في حين تشير ليونة منخفضة إلى ارتفاع خطر الكسر الهش.
تصلب العمل (تصلب الإجهاد):بعد العائد ، يستمر إجهاد التدفق الحقيقي في الارتفاع مع إجهاد البلاستيك في المنطقة البلاستيكية الموحدة ؛ ينتشر هذا التعزيز سلالة بشكل أكثر توازناً ، ويتأخر في التأخير (استطالة موحدة أكبر) ، ويحسن تكوين المعادن (الختم ، المتداول ، الرسم العميق) ودقة FEA لـ Springback والتخفيف.
الإجهاد مقابل سلالةتختلف المنحنيات على نطاق واسع عبر الأسر المادية. يمكن تقسيمها على نطاق واسع إلى فئتين - الحكم والهش - كما هو موضح في الشكل أدناه.
مواد الدكتايل ، مثل الصلب منخفض الكربون ، وسبائك الألومنيوم ، والنحاس ، والعديد من البلاستيك الحراري ، لها منحنى الإجهاد متعدد المراحل: منطقة خطية (مرنة) أولية ، ونقطة عائد واضحة ، ومنطقة لتصلب الإجهاد (البلاستيك الموحد) ، وأخيراً الكسور بعد الطرد الكبير. يمكنهم امتصاص كميات كبيرة من الطاقة قبل الفشل.
المواد الهشة ، مثل الحديد الزهر ، ومعظم السيراميك ، والزجاج ، والخرسانة ، تظهر سلوكًا مرنًا خطيًا بحتًا تقريبًا حتى يكسر مع عدم وجود منطقة بلاستيكية تقريبًا ، وبالتالي فإن حدها النسبي ، وقوة الشد النهائية ، وقوة الكسر تتزامن.
لاحظ أن المنحنيات الموضحة أعلاه تمثل فقط شروط المواد المحددة. يمكن أن يختلف سلوك الإجهاد الفعلي بشكل كبير مع التكوين ، والمعالجة الحرارية ، والبنية المجهرية ، ودرجة الحرارة ، ومعدل الإجهاد ، وغيرها من معلمات الاختبار أو المعالجة.
منحنيات الهندسة والتوتر الحقيقي هي الطريقتين الأكثر شيوعًا لتقديم بيانات اختبار الشد.
في اختبار الشد القياسي ، نفترض أن المقطع العرضي للعينة في منطقتها الأصلية أ0. لذلك يتم تعريف الإجهاد الهندسي على النحو التالي:
والسلالة الهندسية على النحو التالي:
أثناء تطبيق الحمل ، يرتفع المنحنى خطيًا عبر المنطقة المرنة ، ثم يستمر في مرحلة العائد إلى تشوه بلاستيكي موحد ، ويصل إلى ذروته عند قوة الشد النهائية - حيث تمثل نهاية الاستطالة الموحدة. وراء هذه الذروة ، يركز Dricking التشوه في قسم تضييق. لأن الإجهاد الهندسي لا يزال ينقسم على المنطقة الأصلية أ0، تنخفض قيمة الإجهاد المرسومة حتى مع استمرار التسلق الإجهاد الحقيقي (استنادًا إلى منطقة تقلص). وبالتالي ، فإن منحنى الهندسة (يظهر باللون الأحمر في الشكل) يسقط بعد UTS والاتجاهات لأسفل حتى الكسر.
إذا قمت بحساب المنطقة الفورية أأنافي كل خطوة تحميل ، تحصل على ضغط حقيقي:
والسلالة الحقيقية (اللوغاريتمية):
أثناء التنقيط ، تنخفض مساحة المقطع العرضي بشكل أسرع من انخفاض الحمل المطبق حتى σرلا تزال تتجاوز قوة الشد في الهندسة. وبالتالي فإن منحنى الإجهاد الحقيقي - يزيد بشكل مطرد حتى الكسر دون انخفاض بعد ذروته.
الإجهاد الهندسي والسلالة هما البيانات القياسية المبلغ عنها على أوراق بيانات المواد وتستخدم في رموز التصميم. أنها تتيح وصولًا سريعًا إلى خصائص مألوفة مثل قوة العائد ، وقوة الشد النهائية ، والاستطالة عند الاستراحة ، مما يجعل من السهل مقارنة المواد ، وتعيين عوامل الأمان ، وضمان مراقبة الجودة المتسقة عبر دفعات الإنتاج.
الإجهاد الحقيقي والسلالة هما مدخلات مهمة لتحليلات العناصر المحدودة غير الخطية والنماذج التأسيسية. من خلال عكس استجابة المادة الحقيقية من خلال السلالات البلاستيكية الكبيرة وإلى القرص ، فإنها تتيح محاكاة دقيقة لعمليات التشكيل (على سبيل المثال ، الختم ، التزوير ، البثق) ، تنبؤات بدقة Springback ، والتنبؤات الموثوقة بمكان وكيف يفشل جزء في النهاية.
منحنى الإجهاد والضغط هو أداة لا غنى عنها تربط سلوك المواد بالأداء الهيكلي. إنه يعلم التصميم من خلال توفير معامل مرنة ، وقوة العائد ، والصلابة ، وبيانات الحونة المستخدمة في حجم المكونات وتأهيلها. كما أنه يوجه التصنيع من خلال تحديد مسار الإجهاد - الضار اللازم لحساب قوى التكوين ، وهندسة الأدوات ، و springback المتوقعة.
في Chiggo ، نطبق هذه الرؤى المادية عبر مجموعة كاملة من الخدمات ، منتصنيع CNCوالطباعة ثلاثية الأبعاد لورقة تصنيع المعادن، ويسعدنا تقديم عروض أسعار مجانية وإرشادات خبراء لمشروعك التالي.
أنواع الأنودة المختلفة لها تأثير مباشر على تكلفة الألومنيوم المؤكسد. عادةً، يتراوح الحد الأدنى لرسوم الأكسدة من 65 دولارًا إلى 125 دولارًا، وهو ما ينطبق على النوع الثاني من الأنودة وفقط للألوان التي يعمل بها مؤكسدك بالفعل، مثل اللون الشفاف أو الأسود.
يلعب التصميم دورًا محوريًا في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي لأنه يضع الأساس لعملية التصنيع بأكملها. كما هو معروف، تستخدم الآلات CNC آلات يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر لإزالة المواد بدقة من قطعة العمل. تتميز هذه العملية بأنها متعددة الاستخدامات وقابلة للتكرار ودقيقة للغاية، بالإضافة إلى أنها متوافقة مع مجموعة واسعة من المواد، بدءًا من الرغوة […]
عند اختيار أدوات المطبخ وأدوات المائدة الفولاذية المقاوم للصدأ ، سترى غالبًا الدرجات التي تحمل علامة 18/8 و 18/10 و 18/0. تشير هذه الأرقام إلى النسب المئوية التقريبية للكروم والنيكل ، وهما عنصرين رئيسيين يحددان خصائص السبائك. يشكل الكروم طبقة واقية من أكسيد الكروم (cr₂o₃) على سطح الصلب ، مما يمنع الصدأ والأكسدة. يستقر النيكل على هيكل المكعب المتمحور حول الوجه (FCC) ، مما يعطي ليونة فولاذية ، صلابة ، والخصائص غير المغناطيسية. كما أنه يعزز مقاومة التآكل ويقدم إنهاء أكثر إشراقًا وأكثر سلاسة.
عربي
عربي中国大陆
简体中文United Kingdom
EnglishFrance
FrançaisDeutschland
Deutschनहीं
नहीं日本
日本語Português
PortuguêsEspaña
Español