CZYM JEST WYSIŁEK PLONOWANIA I JAK GO UZYSKAĆ? - FIZYCZNY - 2025

Plastyczności jest definiowana jako wysiłku koniecznego do obiektu, aby rozpocząć trwale odkształcić, a więc poddania odkształcenia plastycznego bez zerwania lub pękania.

Ponieważ granica ta może być nieco nieprecyzyjna w przypadku niektórych materiałów, a precyzja zastosowanego sprzętu jest czynnikiem wagowym, w inżynierii ustalono, że granica plastyczności w metalach, takich jak stal konstrukcyjna, powoduje 0,2% trwałego odkształcenia w obiekt.

Rysunek 1. Materiały użyte w budownictwie są testowane w celu określenia, jakie naprężenia są w stanie wytrzymać. Źródło: Pixabay.

Znajomość wartości granicy plastyczności jest ważna, aby wiedzieć, czy materiał jest odpowiedni do zastosowania, jakie chcesz nadać produkowanym z niego częściom. Gdy część została zdeformowana poza granicę elastyczności, może nie być w stanie prawidłowo pełnić swojej zamierzonej funkcji i musi zostać wymieniona.

Aby uzyskać tę wartość, zwykle przeprowadza się testy na próbkach wykonanych z materiału (probówki lub próbki), które są poddawane różnym naprężeniom lub obciążeniom, a także mierzy się wydłużenie lub rozciąganie, którego doświadczają z każdym z nich. Testy te są znane jako testy rozciągania.

Aby wykonać próbę rozciągania, zacznij od przyłożenia siły od zera i stopniowo zwiększaj wartość, aż próbka pęknie.

Krzywe naprężeń odkształceniowych

Pary danych otrzymane w teście rozciągania są wykreślane poprzez umieszczenie obciążenia na osi pionowej i odkształcenia na osi poziomej. Wynikiem jest wykres podobny do pokazanego poniżej (rysunek 2), zwany krzywą naprężenie-odkształcenie dla materiału.

Na jego podstawie określa się wiele ważnych właściwości mechanicznych. Każdy materiał ma własną krzywą naprężenie-odkształcenie. Na przykład jedną z najlepiej zbadanych jest stal konstrukcyjna, zwana również stalą miękką lub niskowęglową. Jest to materiał szeroko stosowany w budownictwie.

Krzywa naprężenie-odkształcenie ma charakterystyczne obszary, w których materiał zachowuje się zgodnie z przyłożonym obciążeniem. Ich dokładny kształt może się znacznie różnić, niemniej jednak mają pewne wspólne cechy, które opisano poniżej.

Poniżej przedstawiono rysunek 2, który w bardzo ogólny sposób odpowiada stali konstrukcyjnej.

Rysunek 2. Krzywa naprężenie-odkształcenie dla stali. Źródło: zmodyfikowane z Hans Topo1993

Elastyczna strefa

Obszar od O do A jest obszarem sprężystym, w którym obowiązuje prawo Hooke'a, w którym naprężenie i odkształcenie są proporcjonalne. W tej strefie materiał jest w pełni odzyskiwany po przyłożeniu naprężenia. Punkt A jest znany jako granica proporcjonalności.

W niektórych materiałach krzywa biegnąca od O do A nie jest linią prostą, ale mimo to są one nadal elastyczne. Ważne jest to, że po zakończeniu ładowania wracają do swojego pierwotnego kształtu.

Strefa elastyczno-plastyczna

Następnie mamy obszar od A do B, w którym odkształcenie rośnie szybciej wraz z wysiłkiem, pozostawiając oba z nich nieproporcjonalne. Nachylenie krzywej maleje, aw punkcie B staje się poziome.

Od punktu B materiał nie odzyskuje już swojego pierwotnego kształtu i przyjmuje się, że wartość naprężenia w tym punkcie odpowiada granicy plastyczności.

Obszar od B do C nazywany jest strefą plastyczności lub strefą pełzania materiału. Tam odkształcenie trwa, mimo że obciążenie nie rośnie. Może nawet się zmniejszyć, dlatego mówi się, że materiał w tym stanie jest idealnie plastyczny.

Strefa plastyczna i pęknięcie

W obszarze od C do D następuje utwardzanie odkształceniowe, w którym materiał wykazuje zmiany w swojej strukturze na poziomie molekularnym i atomowym, które wymagają większych wysiłków, aby uzyskać odkształcenia.

Z tego powodu na krzywej następuje wzrost, który kończy się po osiągnięciu maksymalnego naprężenia σ _max.

Od D do E odkształcenie jest nadal możliwe, ale przy mniejszym obciążeniu. W próbce (próbce) tworzy się rodzaj ścieńczenia zwany zwężeniem, który ostatecznie prowadzi do zaobserwowania pęknięcia w punkcie E. Jednak już w punkcie D materiał można uznać za uszkodzony.

Jak uzyskać siłę plonu?

Granica sprężystości L _e materiału to maksymalne naprężenie, które może wytrzymać bez utraty elastyczności. Oblicza się go jako iloraz między wielkością maksymalnej siły F _m i polem przekroju poprzecznego próbki A.

L _e = F _m / A

Jednostkami granicy sprężystości w układzie międzynarodowym są N / m ² lub Pa (paskale), ponieważ jest to naprężenie. Granica elastyczności i granica proporcjonalności w punkcie A są bardzo zbliżonymi wartościami.

Ale jak powiedziano na początku, ustalenie ich może nie być łatwe. Granica plastyczności uzyskana z krzywej naprężenie-odkształcenie jest praktycznym przybliżeniem granicy sprężystości stosowanej w inżynierii.

Naprężenie plastyczności z krzywej naprężenie-odkształcenie

Aby to uzyskać, rysuje się linię równoległą do linii odpowiadającej strefie sprężystej (tej, która jest zgodna z prawem Hooke'a), ale przesuniętej o około 0,2% na skali poziomej lub 0,002 cala na cal odkształcenia.

Linia ta rozciąga się, aż przecina krzywą w punkcie, którego współrzędna pionowa jest pożądaną wartością granicy plastyczności, oznaczoną jako σ _y , jak pokazano na rysunku 3. Krzywa ta należy do innego plastycznego materiału: aluminium.

Rysunek 3. Krzywa naprężenie-odkształcenie dla aluminium, na podstawie której w praktyce wyznaczana jest granica plastyczności. Źródło: wykonane samodzielnie.

Dwa plastyczne materiały, takie jak stal i aluminium, mają różne krzywe naprężenie-odkształcenie. Na przykład aluminium nie ma mniej więcej poziomego przekroju stali, jak w poprzedniej sekcji.

Inne materiały uważane za kruche, takie jak szkło, nie przechodzą przez etapy opisane powyżej. Pęknięcie następuje na długo przed wystąpieniem znacznych odkształceń.

Ważne szczegóły, o których należy pamiętać

- Rozważane siły zasadniczo nie uwzględniają modyfikacji, która niewątpliwie zachodzi w obszarze przekroju poprzecznego próbki. Powoduje to niewielki błąd, który jest korygowany przez wykreślenie rzeczywistych naprężeń, które uwzględniają zmniejszenie powierzchni w miarę wzrostu odkształcenia próbki.

- Podane temperatury są normalne. Niektóre materiały są ciągliwe w niskich temperaturach i nie są już ciągliwe, podczas gdy inne kruche zachowują się jak plastyczne w wyższych temperaturach.

Bibliografia

1. Beer, F. 2010. Mechanika materiałów. McGraw Hill. 5. Wydanie. 47-57.
2. Inżynierowie Edge. Siła plastyczności. Odzyskany z: engineersedge.com.
3. Stres pełzający. Odzyskany z: instron.com.ar
4. Valera Negrete, J. 2005. Uwagi dotyczące fizyki ogólnej. UNAM. 101-103.
5. Wikipedia. Pełzanie. Odzyskane z: Wikipedia.com