HVAD ER UDBYTTEINDSATS, OG HVORDAN FÅR MAN DET? - FYSISK - 2025

Den Flydespændingen er defineret som den nødvendige indsats hos et formål at begynde at permanent deformere, det vil sige at undergå plastisk deformation uden at bryde eller frakturering.

Da denne grænse kan være en smule upræcise for nogle materialer, og præcisionen af ​​det anvendte udstyr er en vægtfaktor, er det inden for konstruktion blevet bestemt, at udbyttet spænding i metaller såsom konstruktionsstål er en, der producerer 0,2% permanent deformation i genstanden.

Figur 1. Materialer, der anvendes i konstruktionen, testes for at bestemme, hvor meget spænding de er i stand til at modstå. Kilde: Pixabay.

Det er vigtigt at vide, om værdien af ​​udbyttet stress er at vide, om materialet er passende til den brug, du vil give til de dele, der er fremstillet med det. Når en del er blevet deformeret ud over den elastiske grænse, er den muligvis ikke i stand til at udføre sin tilsigtede funktion korrekt og skal udskiftes.

For at opnå denne værdi udføres test normalt på prøver, der er lavet med materialet (prøverør eller prøver), som udsættes for forskellige spændinger eller belastninger, mens de måler forlængelsen eller strækningen, de oplever med hver enkelt. Disse tests er kendt som trækprøver.

For at udføre en trækprøvning skal du starte med at anvende en kraft fra nul og gradvist øge værdien, indtil prøven går i stykker.

Sil belastningskurver

Datapar, der opnås ved trækprøven, afbildes ved at anbringe belastningen på den lodrette akse og belastningen på den vandrette akse. Resultatet er en graf som den, der er vist nedenfor (figur 2), kaldet spændings-belastningskurven for materialet.

Ud fra det bestemmes mange vigtige mekaniske egenskaber. Hvert materiale har sin egen stress-belastningskurve. For eksempel er en af ​​de mest studerede stålkonstruktioner, også kaldet blødt eller lavt kulstofstål. Det er et materiale, der er vidt brugt i konstruktionen.

Spændings-belastningskurven har markante områder, hvor materialet har en vis opførsel i henhold til den påførte belastning. Deres nøjagtige form kan variere betydeligt, men de har ikke desto mindre nogle egenskaber til fælles, som er beskrevet nedenfor.

For det følgende se figur 2, der svarer i meget generelle vendinger til konstruktionsstål.

Figur 2. Spændings-belastningskurve for stål. Kilde: ændret fra Hans Topo1993

Elastisk zone

Området fra O til A er det elastiske område, hvor Hookes lov er gyldig, hvor spændingen og belastningen er proportional. I denne zone genvindes materialet fuldstændigt efter påføring af spænding. Punkt A er kendt som proportionalitetsgrænsen.

I nogle materialer er kurven, der går fra O til A, ikke en lige linje, men alligevel er de stadig elastiske. Det vigtigste er, at de vender tilbage til deres oprindelige form, når opladningen ophører.

Elastisk-plastisk zone

Dernæst har vi området fra A til B, hvor deformationen øges hurtigere med indsatsen, hvorved begge ikke er proportionale. Kurvens hældning aftager, og ved B bliver den vandret.

Fra punkt B genvinder materialet ikke længere sin oprindelige form, og værdien af ​​spændingen på dette punkt anses for at være værdien for flytespændingen.

Området fra B til C kaldes materialets udbytte eller krybezone. Der fortsætter deformationen, selvom belastningen ikke øges. Det kan endda mindske, hvorfor det siges, at materialet i denne tilstand er perfekt plastisk.

Plastsone og brud

I regionen fra C til D forekommer stammehærdning, hvor materialet præsenterer ændringer i dets struktur på molekyl- og atomniveau, hvilket kræver større indsats for at opnå deformationer.

Af denne grund oplever kurven en vækst, der slutter, når man når det maksimale stress σ _max.

Fra D til E er der stadig deformation mulig, men med mindre belastning. Der dannes en slags fortynding i prøven (prøve) kaldet striktur, hvilket til sidst fører til, at bruddet observeres ved punkt E. Dog allerede på punkt D kan materialet betragtes som brudt.

Hvordan får man udbytteindsatsen?

Elasticitetsgrænsen L _e af et materiale er den maksimale spænding, at den kan modstå uden at miste elasticitet. Det beregnes ved kvotienten mellem størrelsen af den maksimale kraft F _m og tværsnitsarealet af prøve A.

L _e = F _m / A

Enhederne for den elastiske grænse i det internationale system er N / m ² eller Pa (Pascals), da det er en stress. Den elastiske grænse og proportionalitetsgrænsen i punkt A er meget tætte værdier.

Men som sagt i starten, er det måske ikke let at bestemme dem. Udbyttet spænding opnået gennem spændings-belastningskurven er den praktiske tilnærmelse til den elastiske grænse, der anvendes i konstruktionen.

Udbyder stress fra stress-belastningskurven

For at få den tegnes en linje parallelt med linjen, der svarer til den elastiske zone (den, der adlyder Hookes lov), men forskudt ca. 0,2% i vandret skala eller 0,002 tomme per tomme for deformation.

Denne linje strækker sig, indtil den skærer kurven på et punkt, hvis lodrette koordinat er den ønskede flydespændingsværdi, betegnet som σ _y, som vist i figur 3. Denne kurve hører til et andet duktilt materiale: aluminium.

Figur 3. Stress-belastningskurve for aluminium, hvorved udbyttet spændingen bestemmes i praksis. Kilde: self made.

To duktile materialer, såsom stål og aluminium, har forskellige belastningskurver. For eksempel har aluminium ikke det nogenlunde horisontale stålstykke set i det foregående afsnit.

Andre materialer, der betragtes som skrøbelige, såsom glas, gennemgår ikke de ovenfor beskrevne trin. Ruptur opstår længe før mærkbare deformationer forekommer.

Vigtige detaljer at huske på

- De kræfter, der i princippet betragtes, tager ikke højde for den ændring, der utvivlsomt finder sted i prøveens tværsnitsområde. Dette inducerer en lille fejl, der korrigeres ved at tegne de virkelige spændinger, dem, der tager højde for reduktionen i arealet, efterhånden som deformationen af ​​prøven øges.

- De betragtede temperaturer er normale. Nogle materialer er duktile ved lave temperaturer og er ikke længere smidige, mens andre skøre opfører sig som duktile ved højere temperaturer.

Referencer

1. Beer, F. 2010. Mekanik af materialer. McGraw Hill. 5.. Edition. 47-57.
2. Ingeniører Edge. Udbytte styrke. Gendannes fra: engineersedge.com.
3. Kryp stress. Gendannes fra: instron.com.ar
4. Valera Negrete, J. 2005. Noter om generel fysik. UNAM. 101-103.
5. Wikipedia. Creep. Gendannet fra: Wikipedia.com