ЧТО ТАКОЕ УСИЛИЕ УРОЖАЯ И КАК ЕГО ПОЛУЧИТЬ? - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2025

Предел текучести определяется как усилие , необходимое для объекта , чтобы начать постоянно деформируются, то есть, для прохождения пластической деформации без разрыва или разрыва пласта.

Поскольку этот предел может быть немного неточным для некоторых материалов, а точность используемого оборудования является весовым фактором, в инженерии было определено, что предел текучести в металлах, таких как конструкционная сталь, составляет 0,2% остаточной деформации в предмет.

Рисунок 1. Материалы, используемые в строительстве, проходят испытания, чтобы определить, какое напряжение они способны выдержать. Источник: Pixabay.

Зная значение предела текучести, важно знать, подходит ли материал для использования, которое вы хотите дать деталям, изготовленным из него. Если деталь деформирована сверх предела упругости, она не сможет правильно выполнять свою функцию и должна быть заменена.

Чтобы получить это значение, обычно проводятся испытания образцов, изготовленных из материала (пробирки или образцы), которые подвергаются различным напряжениям или нагрузкам, при измерении удлинения или растяжения, которое они испытывают с каждым из них. Эти испытания известны как испытания на растяжение.

Чтобы выполнить испытание на растяжение, начните с приложения силы от нуля и постепенно увеличивайте значение, пока образец не сломается.

Кривые напряжения деформации

Пары данных, полученные при испытании на растяжение, нанесены на график путем размещения нагрузки на вертикальной оси и деформации на горизонтальной оси. Результатом является график, подобный показанному ниже (рис. 2), который называется кривой зависимости напряжения от деформации материала.

По нему определяются многие важные механические свойства. У каждого материала своя собственная кривая деформации. Например, одной из наиболее изученных является конструкционная сталь, которую также называют мягкой или низкоуглеродистой сталью. Это широко используемый в строительстве материал.

На кривой "напряжение-деформация" есть отличительные участки, в которых материал ведет себя определенным образом в зависимости от приложенной нагрузки. Их точная форма может значительно различаться, но, тем не менее, они имеют некоторые общие характеристики, которые описаны ниже.

См. Рисунок 2, который в общих чертах соответствует конструкционной стали.

Рис. 2. Кривая растяжения стали. Источник: модифицировано по данным Ханса Топо, 1993 г.

Эластичная зона

Область от O до A - это упругая область, в которой действует закон Гука, в которой напряжение и деформация пропорциональны. В этой зоне материал полностью восстанавливается после приложения нагрузки. Точка А известна как предел пропорциональности.

В некоторых материалах кривая, идущая от O к A, не является прямой линией, но, тем не менее, они все еще эластичны. Важно то, что они возвращаются к исходной форме при прекращении зарядки.

Упруго-пластическая зона

Затем у нас есть область от A до B, в которой деформация увеличивается быстрее с усилием, оставляя их обе непропорциональными. Наклон кривой уменьшается и в точке B становится горизонтальным.

Начиная с точки B, материал больше не восстанавливает свою первоначальную форму, и значение напряжения в этой точке считается значением предела текучести.

Область от B до C называется зоной текучести или ползучести материала. Там деформация продолжается, даже если нагрузка не увеличивается. Он может даже уменьшиться, поэтому говорят, что материал в этом состоянии идеально пластичный.

Пластическая зона и излом

В области от C до D происходит деформационное упрочнение, при котором материал претерпевает изменения в своей структуре на молекулярном и атомном уровне, что требует больших усилий для достижения деформаций.

По этой причине кривая имеет рост, который заканчивается при достижении максимального напряжения σ _max.

От D до E деформация все еще возможна, но с меньшей нагрузкой. В образце (образце) образуется своего рода утоньшение, называемое стриктурой, что в конечном итоге приводит к появлению трещины в точке E. Однако уже в точке D материал можно считать сломанным.

Как получить усилие урожайности?

Предел упругости L _e материала - это максимальное напряжение, которое он может выдержать без потери эластичности. Он рассчитывается как частное между величиной максимальной силы F _m и площадью поперечного сечения образца A.

L _e = F _m / A

Единицами предела упругости в Международной системе являются Н / м ² или Па (Паскали), поскольку это напряжение. Предел упругости и предел пропорциональности в точке A - очень близкие значения.

Но, как было сказано в начале, их может быть непросто определить. Предел текучести, полученный с помощью кривой «напряжение-деформация», является практическим приближением к пределу упругости, используемому в технике.

Предел текучести по кривой напряжения-деформации

Для его получения проводится линия, параллельная линии, соответствующей упругой зоне (той, которая подчиняется закону Гука), но смещенная примерно на 0,2% по горизонтальной шкале или 0,002 дюйма на дюйм деформации.

Эта линия продолжается до тех пор, пока не пересекает кривую в точке, вертикальная координата которой является желаемым значением предела текучести, обозначенным как σ _y , как показано на рисунке 3. Эта кривая принадлежит другому пластичному материалу: алюминию.

Рис. 3. Кривая напряжения-деформации для алюминия, по которой на практике определяется предел текучести. Источник: самодельный.

Два пластичных материала, такие как сталь и алюминий, имеют разные кривые напряжения-деформации. Алюминий, например, не имеет примерно горизонтального участка стали, показанного в предыдущем разделе.

Другие материалы, которые считаются хрупкими, например стекло, не проходят этапов, описанных выше. Разрыв происходит задолго до появления заметных деформаций.

Важные детали, о которых следует помнить

- Силы, рассматриваемые в принципе, не учитывают изменения, которые, несомненно, происходят в площади поперечного сечения образца. Это вызывает небольшую ошибку, которую исправляют путем построения графика реальных напряжений, которые учитывают уменьшение площади по мере увеличения деформации образца.

- Рассмотренные температуры нормальные. Некоторые материалы пластичны при низких температурах и перестают быть пластичными, в то время как другие хрупкие материалы ведут себя как пластичные при более высоких температурах.

Ссылки

1. Бир, Ф. 2010. Механика материалов. Макгроу Хилл. Пятые. Издание. 47-57.
2. Инженеры Edge. Предел текучести. Получено с: engineeringsedge.com.
3. Напряжение ползучести. Получено с: instron.com.ar
4. Валера Негрете, Дж. 2005. Заметки по общей физике. НАУ. 101-103.
5. Wikipedia. Ползать. Получено с: Wikipedia.com