ЩО ТАКЕ ВРОЖАЙНІСТЬ І ЯК ЇЇ ОТРИМАТИ? - ФІЗИЧНІ - 2025

Межа плинності визначається як зусилля , необхідне для об'єкта , щоб почати постійно деформуються, тобто, для проходження пластичної деформації без розриву або розриву пласта.

Оскільки ця межа може бути дещо неточною для деяких матеріалів, а точність використовуваного обладнання є ваговим фактором, в машинобудуванні було визначено, що напруженість в металах, таких як конструкційна сталь, є такою, що виробляє 0,2% постійної деформації в об’єкт.

Малюнок 1. Матеріали, які використовуються в будівництві, перевіряються, щоб визначити, на скільки вони здатні витримати напругу. Джерело: Pixabay.

Знаючи значення напруги плинності, важливо знати, чи підходить матеріал для використання, яке ви хочете надати деталям, виготовленим з ним. Коли деталь була деформована за межею пружності, вона може не мати можливості виконувати призначену функцію належним чином і її потрібно замінити.

Для отримання цієї величини зазвичай проводять випробування на зразках, зроблених з матеріалом (пробірки або зразки), які піддаються різним напруженням або навантаженням, вимірюючи подовження або розтягнення, які вони зазнають з кожною з них. Ці випробування відомі як випробування на розтяг.

Щоб виконати випробування на розтяг, почніть з прикладання сили з нуля і поступово збільшуйте значення, поки зразок не розіб'ється.

Криві напруження

Пари даних, отримані випробуванням на розтяг, будуються за допомогою розміщення навантаження на вертикальну вісь і деформації на горизонтальній осі. Результатом є графік, подібний до наведеного нижче (рисунок 2), який називається кривою напруження деформації для матеріалу.

З нього визначається багато важливих механічних властивостей. Кожен матеріал має свою криву напруження та деформації. Наприклад, однією з найбільш вивчених є конструкційна сталь, яку також називають м'якою або низьковуглецевою сталлю. Це матеріал, який широко використовується в будівництві.

Крива напруження деформацій має відмінні області, в яких матеріал має певну поведінку відповідно до прикладеного навантаження. Їх точна форма може значно відрізнятися, але вони, тим не менш, мають деякі спільні характеристики, які описані нижче.

Далі див. Рисунок 2, який дуже загально відповідає конструкційній сталі.

Малюнок 2. Крива напруження деформації для сталі. Джерело: модифіковано з Ганса Топо1993

Еластична зона

Площа від O до A - це пружна область, де діє закон Гука, в якій напруга і напруження пропорційні. У цій зоні матеріал повністю відновлюється після застосування напруги. Точка А відома як межа пропорційності.

У деяких матеріалах крива, яка йде від O до A, не є прямою лінією, але, тим не менш, вони все ще еластичні. Важливим є те, що вони повертаються до первісної форми, коли заряджання припиняється.

Еластично-пластична зона

Далі ми маємо область від А до В, де деформація зростає швидше із зусиллям, залишаючи їх обох не пропорційними. Нахил кривої зменшується і при B стає горизонтальним.

З точки B матеріал більше не відновлює свою первісну форму, а значення напруги в цій точці вважається рівним напруженості плинності.

Площа від B до C називається зоною урожайності або повзучості матеріалу. Там деформація триває, хоча навантаження не збільшується. Це навіть може зменшитися, через що кажуть, що матеріал у такому стані ідеально пластичний.

Пластична зона та руйнування

В області від C до D відбувається деформаційне твердіння, при якому матеріал представляє зміни в його структурі на молекулярному та атомному рівні, що вимагає більших зусиль для досягнення деформацій.

З цієї причини крива відчуває ріст, який закінчується при досягненні максимального напруження σ _max.

Від D до E все ще можлива деформація, але з меншим навантаженням. У зразку (зразку), що називається стриктурою, утворюється своєрідне витончення, яке в кінцевому підсумку призводить до того, що перелом спостерігається в точці E. Однак уже в точці D матеріал можна вважати порушеним.

Як домогтися урожайності?

Межа пружності L _e матеріалу - це максимальне напруження, яке він може витримати, не втрачаючи еластичності. Він обчислюється за коефіцієнтом між величиною максимальної сили F _м і площею поперечного перерізу зразка А.

L _e = F _m / A

Одиницями межі пружності в Міжнародній системі є N / m ² або Pa (Pascals), оскільки це напруга. Межа пружності та межа пропорційності в точці А є дуже близькими значеннями.

Але, як було сказано на початку, визначити їх може бути непросто. Напруга плинності, отримана за допомогою кривої напруження деформації, є практичним наближенням до межі пружності, що використовується в машинобудуванні.

Напруга виходу від кривої напруження та деформації

Для його отримання проводиться лінія, паралельна лінії, що відповідає еластичній зоні (тій, що підкоряється закону Гука), але зміщена приблизно 0,2% в горизонтальній шкалі або 0,002 дюйма на дюйм деформації.

Ця лінія проходить до тих пір, поки вона не перетинає криву в точці, вертикальна координата якої є бажаною величиною напруження плинності, позначеної як σ _y , як показано на малюнку 3. Ця крива належить до іншого пластичного матеріалу: алюмінію.

Малюнок 3. Крива напруження деформації для алюмінію, з якої на практиці визначається напруга плинності. Джерело: саморобний.

Два пластичні матеріали, такі як сталь і алюміній, мають різні криві напруження. Наприклад, алюміній не має приблизно горизонтального перерізу сталі, що спостерігається в попередньому розділі.

Інші матеріали, які вважаються крихкими, наприклад, скло, не проходять описані вище стадії. Розрив виникає задовго до появи помітних деформацій.

Важливі деталі, які слід пам’ятати

- Сили, що розглядаються в принципі, не враховують модифікацію, яка, безперечно, відбувається в області поперечного перерізу зразка. Це викликає невелику помилку, яку виправляють графіком реальних напружень, тих, що враховують зменшення площі у міру збільшення деформації зразка.

- Розглянуті температури є нормальними. Деякі матеріали є пластичними при низьких температурах і більше не є пластичними, тоді як інші крихкі поводяться як пластичні при більш високих температурах.

Список літератури

1. Пиво, Ф. 2010. Механіка матеріалів. McGraw Hill. 5-й. Видання. 47-57.
2. Інженери Край. Сила виходу. Відновлено з: engineersedge.com.
3. Повзучий стрес. Відновлено з: instron.com.ar
4. Валера Негрете, Дж. 2005. Записки з загальної фізики. УНАМ. 101-103.
5. Вікіпедія. Повзуть. Відновлено з: Wikipedia.com