Spannungstest, wie es gemacht wird, Eigenschaften, Beispiele

A Spannungstest Es ist ein experimenteller Test, der an einer Materialprobe durchgeführt wird, um festzustellen, wie viel sich Spannungsbemühungen widersetzt. Dank dessen können Sie viele der mechanischen Eigenschaften des Materials kennen und feststellen, ob es für ein bestimmtes Design geeignet ist.

Die Probe ist normalerweise ein Zylinder genannt Testrohr. Dies ist einer Spannung ausgesetzt, die aus zwei entgegengesetzten Kräften an den Enden aufgetragen wird, die die Stange dehnen und verformen. Der Aufsatz übt weiterhin zunehmende Anstrengungen aus, bis das Exemplar schließlich bricht.

Abbildung 1. Spannungstestmaschine. Quelle: Wikimedia Commons.

Hinweis aus der Größe der Kräfte und der Verformung, die sie in der Probe erzeugen, von kleinen Kräften, die keine dauerhafte Verformung verursachen, bis zur Spannung, die durch den Bruch des Stücks verursacht wird.

Dort endet die Datenerfassung und ein Diagramm zur Anstrengung des Efforts wird ausgearbeitet, um das Verhalten von Materialien wie Metallen, Keramik, Zement, Holz und Polymeren zu analysieren.

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Was für Spannungstestexperiment verwendet wird?

Das Experiment erfolgt von speziellen Maschinen wie dem in Abbildung 1 gezeigten, die die notwendigen Anstrengungen zum Laden und Herunterladen des Materials zur Bewertung der Verformung ermöglichen.

Was das Exemplar betrifft, ist es ein Rohr mit einem konstanten Querschnitt auf zylindrische, rechteckige oder quadratische Weise, deren Abmessungen standardisiert sind. Die Extreme sind breiter, um die Unterwerfung der Probe zu erleichtern, wie in Abbildung 2 links zu sehen ist.

Die Anfangslänge l_entweder Der kalibrierte Bereich am Rohr der Probe wird gemessen und markiert. Dann wird es von den Jaws an die Testmaschine gehalten, und dies beginnt.

Figur 2. Links ein Stahlrohr und rechts das gleiche Exemplar, das bereits gebrochen wurde. Der Spannungstest ist ein zerstörerischer Test. Quelle: Wikimedia Commons.

Eigenschaften und Daten erhalten

Die Materialien haben verschiedene Verhaltensweisen angesicht. Die in der vertikalen Achse angewendeten Bemühungen werden durch den griechischen Buchstaben σ und die einheitliche Deformation in der horizontalen Achse bezeichnet, die als ε bezeichnet wird.

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Einheitliche Deformation hat keine Abmessungen, da es sich um den Quotienten zwischen der Änderung der Testlänge ΔL = l handelt_F - L_entweder und die anfängliche Länge. So:

ε = ΔL / l_entweder

Das Ausmaß des Bemühungen σ ist für seinen Teil die Kraft/Kreuz -Abschnittsgrund.

In der Grafik werden zwei wichtige Regionen unterschieden: Elastizzone und Plastikzone.

Figur 3. Aufwandsformationskurve für Stahl. Quelle: Materialmechanik. Hibbeler, R.

Elastizitätsbereich

Wenn der Spannungsaufwand σ klein ist, ist die Verformung proportional, was als Hooke's Law genannt wird:

σ = y ε

Sobald der Aufwand aufhört, kehrt der Körper zu seinen ursprünglichen Abmessungen zurück. Dies ist der farbige elastische Bereich von Abbildung 3, der sich bis zum Punkt erstreckt, der genannt wird Verhältnismäßigkeitsgrenze. Bisher hängt das Material Hookes Gesetz ein.

Die Verhältnismäßigkeitskonstante und ist die Junges Modul, charakteristisch für das Material und das kann aus Spannungs- und Komprimierungstests bestimmt werden.

Young's Modul hat Druckeinheiten im internationalen System [y] = n / m^2 = pa. Einheitliche Deformation ist wie bereits gesagt, dimensionlos, daher hat der Aufwand σ auch Dimensionen der Kraft pro Querschnitt -Abschnitt -Einheit und im Si ist das Pascal: [σ] = n/ m^2 = pa.

Aus der Verhältnismäßigkeitsgrenze und der Erhöhung des Bemühungen Fortschritte in einer Region, in der die Verformung reversibel ist, aber nicht dem Gesetz von Hooke gehorcht. Endet an dem Punkt, an dem der Körper dauerhaft deformiert ist, genannt Elastizitätsgrenze.

Plastikzone   

Dann tritt das Material in den plastischen Verhaltensbereich ein. Sobald der Bereich des elastischen Verhaltens überschritten ist, tritt der Stahl in den Bereich der Region ein Anstrengung ergeben oder Kriechen, in dem das Exemplar deformiert, aber nicht bricht, obwohl die Bemühungen in σ konstant bleiben_UND.

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Überwindung der Übertragungszone Die Verformung nimmt mit dem angewendeten Aufwand zu, aber nicht mehr linear.

Das Material erfährt Veränderungen auf molekularer Ebene, und es tritt eine Verhärtung durch Verformung auf. Daher sehen wir, dass zunehmende Anstrengungen erforderlich sind, um eine Verformung zu erreichen.

Die Grenze dieses Gebiets liegt in der Letzte Anstrengung. Das Material wird an diesem Punkt als gebrochen angesehen, obwohl sich das Exemplar noch in einem Stück befindet. Von dort aus wird die notwendige Belastung zur Erzeugung von Verformungen reduziert und die Probe schrittweise verdünnt (strikt) bis schließlich Frakturen (Abbildung 2, rechts).

Diese Kurve und ihre Regionen werden als konventionelle Frakturanstrengung bezeichnet. Aber über ihr gibt es eine diskontinuierliche Kurve, die genannt wird Wahre Frakturanstrengung, Dies wird erhalten, indem die sofortige oder wahre Länge der Probe registriert wird, anstatt mit der ursprünglichen Länge zu arbeiten, um die einheitliche Deformation zu finden, wie zu Beginn erläutert.

Beide Kurven, die wahre und die konventionelle, fällt im Bereich kleiner Anstrengungen zur Zidance -Zone zusammen. Auf jeden Fall wird erwartet, dass das Material im elastischen Bereich funktioniert, um dauerhafte Verformungen zu vermeiden, die das ordnungsgemäße Funktionieren des hergestellten Stücks verhindern.

Zu den wichtigsten Daten, die aus dem Versuch erhalten wurden, gehören also die Anstrengung σ_UND Das definiert die elastische Grenze.

Beispiele für Spannungstests

Das Material, das als Modell in der vorherigen Beschreibung verwendet wurde, ist Stahl, dessen Verwendung in Bau und Industrie weit verbreitet ist. Aber es gibt viele Materialien wie Beton, Beton, verschiedene Metalle, Legierungen und Holz, die ebenfalls ausführbar verwendet werden.

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Jeder hat eine maßgebliche Kurve, die charakteristisch ist, und entsprechend ihrer Reaktion auf Spannung oder Traktion werden sie in zwei Kategorien eingeteilt: zerbrechlich oder duktil.

Zerbrechliche und duktile Materialien

Im folgenden Diagramm σ gegen ε (Spannungsdehnungsdauer) fragile Materialien werden verglichen (Spröde) und duktile (duktile), obwohl es notwendig ist zu klären, dass dasselbe Material je nach Faktoren wie Temperatur die eine oder andere Antwort haben kann. Bei niedrigen Temperaturen sind Materialien tendenziell zerbrechlich.

Der bemerkenswerte Unterschied zwischen den beiden besteht darin, dass dem fragilen Materials die Ertragsregion fehlt oder eine sehr kleine. Sobald die elastische Grenze überschreitet, wird das Probe unterbrochen. Andererseits nehmen duktile Materialien vor dem Brechen mehr Energie ab, da sie eine umfangreiche Kunststoffzone haben.

Figur 4. Anstrengung der Desformationskurve für duktile Materialien und zerbrechliche Materialien. Quelle: Wikimedia Commons.

Der Spannungstest ist nützlich, um das Material zu klassifizieren und gemäß der Anwendung der Verwendung von duktilen Materialien vorzuziehen, da sie mehr Energie absorbieren und lange vor dem Frakturieren verformen können.

Es muss auch beachtet werden.

Reaktion verschiedener Materialien auf Spannungstest

-Grauguss: zerbrechlich in Spannung, resistenter bei der Kompression.

-Bronze: dehnbar.

-Beton: zerbrechlich abhängig von der Art der Mischung, aber sehr resistent in der Komprimierung. Wenn es Spannung ausgesetzt wird, erfordert es Verstärkung durch Stahlstangen.

-Holz: Nach dem Ursprung ist er mäßig duktil.

-Stahl: Zerbrechlich, wenn Sie einen hohen Kohlenstoffgehalt haben.

-Metacrylat: duktil bei Erhöhung der Temperatur.

Verweise

1. Bier, f. 2010. Materialmechanik. McGraw Hill. 5. Auflage.
2. Cavazos, j.L. Materialmechanik. Erholt von: YouTube.com.
3. Hibbeler, R. 2011. Materialmechanik. Achte Ausgabe. Pearson.
4. Collins, d. Lineare Bewegungstipps. Mechanische Eigenschaften von Materialien: Spannung und Dehnung. Wiederhergestellt von: linearMotionips.com.
5. Valera Negrete, J. 2005. Allgemeine Physiknotizen. Unam.
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