ดูเหมือนว่าผลลัพธ์ที่ได้รับในย่อหน้าก่อนหน้านี้จะช่วยแก้ปัญหาการทดสอบแท่งอัดเพื่อความมั่นคง สิ่งที่เหลืออยู่คือการเลือกปัจจัยด้านความปลอดภัย อย่างไรก็ตามนี่ไม่ใช่กรณี การศึกษาค่าตัวเลขที่ได้รับอย่างใกล้ชิดโดยใช้สูตรของออยเลอร์แสดงให้เห็นว่าให้ผลลัพธ์ที่ถูกต้องภายในขอบเขตที่กำหนดเท่านั้น

รูปที่ 1 แสดงการพึ่งพาขนาดของความเค้นวิกฤติที่คำนวณตามค่าความยืดหยุ่นต่างๆ สำหรับเหล็ก 3 ซึ่งมักใช้ในโครงสร้างโลหะ การพึ่งพาอาศัยกันนี้แสดงด้วยเส้นโค้งไฮเปอร์โบลิก ที่เรียกว่า "ไฮเปอร์โบลาแบบยูเลอเรียน":

เมื่อใช้เส้นโค้งนี้ เราต้องจำไว้ว่าสูตรที่แสดงนั้นได้มาจากการรวมสมการเชิงอนุพันธ์ของแกนโค้ง นั่นคือ ภายใต้สมมติฐาน ความเค้นในแกนในขณะที่สูญเสียความมั่นคงจะต้องไม่เกินขีดจำกัดสัดส่วน.

รูปที่ 1.การพึ่งพาไฮเปอร์โบลิกของความเค้นวิกฤตต่อความยืดหยุ่นของแกน

ดังนั้นเราจึงไม่มีสิทธิ์ใช้ค่าของความเค้นวิกฤติที่คำนวณโดยใช้สูตรของออยเลอร์หากได้รับเกินขีดจำกัดนี้สำหรับวัสดุที่กำหนด กล่าวอีกนัยหนึ่ง สูตรของออยเลอร์ใช้ได้เฉพาะเมื่อตรงตามเงื่อนไขต่อไปนี้:

หากเราแสดงความยืดหยุ่นจากความไม่เท่าเทียมกันนี้ เงื่อนไขในการบังคับใช้สูตรของออยเลอร์จะอยู่ในรูปแบบอื่น:

เมื่อทดแทนค่าที่สอดคล้องกันของโมดูลัสความยืดหยุ่นและขีดจำกัดของสัดส่วนสำหรับวัสดุที่กำหนด เราจะพบค่าความยืดหยุ่นที่น้อยที่สุดซึ่งยังคงสามารถใช้สูตรของออยเลอร์ได้ สำหรับเหล็ก 3 สามารถใช้ขีดจำกัดสัดส่วนได้เท่ากับ ดังนั้นสำหรับแท่งที่ทำจากวัสดุนี้ คุณสามารถใช้สูตรออยเลอร์ได้โดยมีความยืดหยุ่นเท่านั้น

เช่น มากกว่า 100%

สำหรับเหล็ก 5 ที่ สูตรของออยเลอร์สามารถใช้ได้ภายใต้ความยืดหยุ่น สำหรับเหล็กหล่อ ที่ , สำหรับต้นสน ที่ เป็นต้น หากเราวาดเส้นแนวนอนในรูปที่ 1 โดยมีพิกัดเท่ากับ จากนั้นจะตัดไฮเปอร์โบลาออยเลอร์ออกเป็นสองส่วน คุณสามารถใช้ได้เฉพาะส่วนล่างของกราฟซึ่งสัมพันธ์กับแท่งกราฟที่ค่อนข้างบางและยาว ซึ่งการสูญเสียความมั่นคงจะเกิดขึ้นที่ความเค้นซึ่งไม่สูงกว่าขีดจำกัดสัดส่วน

วิธีแก้ปัญหาทางทฤษฎีที่ออยเลอร์ได้รับกลับกลายเป็นว่าสามารถนำไปใช้ในทางปฏิบัติได้เฉพาะกับแท่งเหล็กประเภทที่จำกัดมากเท่านั้น กล่าวคือ แท่งบางและยาวที่มีความยืดหยุ่นสูง ในขณะเดียวกันแท่งที่มีความยืดหยุ่นต่ำมักพบในโครงสร้างมาก ความพยายามที่จะใช้สูตรของออยเลอร์ในการคำนวณความเค้นวิกฤติและตรวจสอบความเสถียรที่ความยืดหยุ่นต่ำบางครั้งนำไปสู่ภัยพิบัติร้ายแรงมาก และการทดลองเกี่ยวกับการบีบอัดแท่งแสดงให้เห็นว่าที่ความเค้นวิกฤตนั้นมากกว่าขีดจำกัดสัดส่วน แรงวิกฤตจริงจะต่ำกว่าที่กำหนดอย่างมาก สูตรของออยเลอร์

ดังนั้นจึงจำเป็นต้องหาวิธีในการคำนวณความเค้นวิกฤติสำหรับกรณีที่เกินขีดจำกัดสัดส่วนของวัสดุ เช่น สำหรับแท่งเหล็กเหนียวที่มีความเรียวตั้งแต่ 0 ถึง 100

ควรสังเกตทันทีว่าในปัจจุบันแหล่งที่มาที่สำคัญที่สุดสำหรับการสร้างความเครียดวิกฤตที่เกินขีดจำกัดของสัดส่วน เช่น ที่ความยืดหยุ่นต่ำและปานกลาง เป็นผลจากการทดลอง มีความพยายามที่จะแก้ไขปัญหานี้ในทางทฤษฎี แต่กลับชี้แนะวิธีการวิจัยเพิ่มเติมมากกว่าการให้เหตุผลสำหรับการคำนวณเชิงปฏิบัติ

ก่อนอื่น จำเป็นต้องเลือกแท่งที่มีความยืดหยุ่นต่ำตั้งแต่ 0 ถึงประมาณ 30 x 40 ความยาวค่อนข้างเล็กเมื่อเทียบกับขนาดหน้าตัด ตัวอย่างเช่น สำหรับแท่งที่มีหน้าตัดเป็นวงกลม ความยืดหยุ่น 20 สอดคล้องกับอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางที่ 5 สำหรับแท่งดังกล่าว เป็นการยากที่จะพูดถึงปรากฏการณ์การสูญเสียความมั่นคงของรูปร่างเป็นเส้นตรงของแท่งทั้งหมด โดยรวมแล้วในแง่ที่ว่านี่เป็นกรณีของแท่งบางและยาว

แท่งสั้นเหล่านี้จะเสียหายส่วนใหญ่เนื่องมาจากความเค้นอัดในแท่งเหล่านั้นจะถึงจุดคราก (สำหรับวัสดุที่มีความเหนียว) หรือขีดจำกัดความแข็งแรง (สำหรับวัสดุที่เปราะ) ดังนั้น สำหรับแท่งสั้น จนถึงความยืดหยุ่นประมาณ 3040 ความเค้นวิกฤต "จะเท่ากับหรือต่ำกว่าเล็กน้อย (เนื่องจากยังคงสังเกตความโค้งเล็กน้อยของแกนแท่ง) ตามลำดับ (เหล็ก) หรือ (เหล็กหล่อ) , ไม้).

ดังนั้นเราจึงมีกรณีที่จำกัดอยู่ 2 กรณีของการทำงานของแท่งอัด: แท่งสั้นซึ่งสูญเสียความสามารถในการรับน้ำหนักส่วนใหญ่เนื่องจากการถูกทำลายของวัสดุจากแรงอัด และแท่งยาวซึ่งทำให้เกิดการสูญเสียความสามารถในการรับน้ำหนัก โดยการละเมิดความมั่นคงของรูปทรงเป็นเส้นตรงของแกน การเปลี่ยนแปลงเชิงปริมาณในอัตราส่วนของความยาวและขนาดตามขวางของแกนจะเปลี่ยนลักษณะทั้งหมดของปรากฏการณ์การแตกหัก สิ่งที่ยังคงพบเห็นได้ทั่วไปคือการเกิดขึ้นอย่างกะทันหันของภาวะวิกฤตในแง่ของการเสียรูปที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วอย่างกะทันหัน

ในแท่งอัดที่มีความยืดหยุ่นสูงซึ่งใช้สูตรของออยเลอร์ได้หลังจากถึงแรงแล้ว รค่าวิกฤตมักจะสังเกตการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของการเสียรูป เมื่อถึงจุดนี้ การโก่งตัวมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นตามภาระที่เพิ่มขึ้น แต่ยังคงไม่มีนัยสำคัญ ตามทฤษฎีแล้ว ใครๆ ก็คาดหวังให้ไม้วัดนั้นตั้งตรงจนกระทั่งเกิดแรงวิกฤต อย่างไรก็ตาม มีสถานการณ์หลายประการที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในทางปฏิบัติ - ความโค้งเริ่มต้นของแกน, ความเยื้องศูนย์บางประการในการใช้งานของโหลด, ความเค้นเกินเฉพาะจุด, ความหลากหลายของวัสดุ - ทำให้เกิดการโก่งตัวเล็กน้อยแม้ที่แรงอัดน้อยกว่าวิกฤต

การพึ่งพาการลดความเครียดระหว่างการบีบอัดแท่งสั้นมีลักษณะคล้ายกัน เรามีการเจริญเติบโตของการเสียรูปอย่างฉับพลันเช่นเดียวกันที่ระดับความเครียดที่แน่นอน (เมื่อ )

ตอนนี้ยังเหลือให้เราพิจารณาพฤติกรรมของแท่งอัดที่ค่าเฉลี่ยของความยืดหยุ่น เช่น สำหรับแท่งเหล็กที่มีความยืดหยุ่นตั้งแต่ 40 ถึง 100 วิศวกรส่วนใหญ่มักพบคุณค่าของความยืดหยุ่นในทางปฏิบัติที่คล้ายคลึงกัน

โดยธรรมชาติของการทำลายล้าง แท่งเหล่านี้เข้าใกล้ประเภทของแท่งบางและยาว พวกมันสูญเสียรูปร่างเชิงเส้นและถูกทำลายโดยการโก่งด้านข้างอย่างมีนัยสำคัญ ในการทดลองกับสิ่งเหล่านี้ เราสามารถสังเกตการมีอยู่ของพลังวิกฤตที่แสดงออกมาอย่างชัดเจนในความหมายของ "ยูเลอเรียน" ความเค้นวิกฤตจะได้รับเหนือขีดจำกัดสัดส่วนและต่ำกว่าความแข็งแรงครากสำหรับความเหนียวและแรงดึงสำหรับวัสดุที่เปราะ

อย่างไรก็ตาม การสูญเสียรูปร่างเป็นเส้นตรงและการลดลงของความเค้นวิกฤติเมื่อเปรียบเทียบกับแท่งสั้นสำหรับแท่งยืดหยุ่น "ปานกลาง" เหล่านี้ มีความเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์เดียวกันของการเสื่อมสภาพในความแข็งแรงของวัสดุ ซึ่งทำให้สูญเสียความสามารถในการรับน้ำหนักในแท่งสั้น ที่นี่ทั้งอิทธิพลของความยาวซึ่งลดค่าของความเค้นวิกฤตและอิทธิพลของการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของการเสียรูปของวัสดุที่ความเค้นที่เกินขีดจำกัดสัดส่วนจะถูกรวมเข้าด้วยกัน

การทดลองหาแรงวิกฤตสำหรับแท่งอัดได้รับการดำเนินการซ้ำแล้วซ้ำเล่าทั้งในประเทศและต่างประเทศ ศาสตราจารย์ได้รวบรวมวัสดุทดลองที่กว้างขวางโดยเฉพาะ F. Yasinsky ผู้รวบรวมตารางวิจารณ์ (“การแตกหัก”) เน้นย้ำค. ขึ้นอยู่กับความยืดหยุ่นของวัสดุจำนวนหนึ่งและวางรากฐานสำหรับวิธีการสมัยใหม่ในการคำนวณแท่งอัดเพื่อความมั่นคง

จากวัสดุทดลองที่ได้รับ เราสามารถสรุปได้ว่าที่ความเค้นวิกฤตน้อยกว่าขีดจำกัดสัดส่วน การทดลองทั้งหมดจะยืนยันสูตรของออยเลอร์สำหรับวัสดุใดๆ

สำหรับแท่งที่มีความยืดหยุ่นปานกลางและต่ำ มีการเสนอสูตรเชิงประจักษ์หลายสูตร ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความเค้นวิกฤตสำหรับความยืดหยุ่นดังกล่าวเปลี่ยนแปลงไปตามกฎที่ใกล้เคียงกับเชิงเส้น:

ที่ไหน กและ ขค่าสัมประสิทธิ์ขึ้นอยู่กับวัสดุ ความยืดหยุ่นของแกน สำหรับเหล็กหล่อ Yasinsky ได้รับ: ก = 338,7MPa, ข = 1,483 MPa. สำหรับเหล็ก 3 ที่มีความยืดหยุ่นตั้งแต่ = 40 ถึง = 100 สัมประสิทธิ์ กและ ขอาจได้รับการยอมรับ: ก = 336 MPa; ข = 1,47MPa. สำหรับไม้ (สน): ก = 29,3 MPa; ข = 0,194 MPa.

บางครั้งสูตรเชิงประจักษ์ก็สะดวก โดยทำให้บริเวณที่ไม่ยืดหยุ่นมีการเปลี่ยนแปลงในความเค้นวิกฤตตามกฎของพาราโบลาสี่เหลี่ยม ซึ่งรวมถึงสูตรด้วย

ที่นี่ที่ = 0 ถือเป็นวัสดุที่มีความเหนียวและเปราะ ค่าสัมประสิทธิ์ กเลือกจากเงื่อนไขของการผันเรียบกับไฮเปอร์โบลาออยเลอร์ มีค่าดังนี้

สำหรับเหล็กที่มีกำลังคราก = 280 MPa = 0,009 MPa

จากข้อมูลที่ให้ไว้ ณ ที่นี้ สามารถสร้างกราฟที่สมบูรณ์ของความเค้นวิกฤติ (ขึ้นอยู่กับความยืดหยุ่น) สำหรับวัสดุใดๆ ก็ได้ รูปที่ 2 แสดงกราฟดังกล่าวสำหรับการสร้างเหล็กที่มีความแข็งแรงของผลผลิต และขีดจำกัดของสัดส่วน .

รูปที่ 2.ทำแผนภูมิความเค้นวิกฤตสำหรับเหล็กโครงสร้างให้สมบูรณ์

กราฟประกอบด้วยสามส่วน ได้แก่ ไฮเปอร์โบลาออยเลอร์ที่ เส้นตรงเอียงที่ และเส้นแนวนอนหรือเส้นตรงเอียงเล็กน้อยที่ กราฟที่คล้ายกันสามารถสร้างขึ้นได้โดยการรวมสูตรของออยเลอร์เข้ากับผลการทดลองสำหรับวัสดุอื่นๆ

ตรวจสอบแท่งอัดเพื่อความมั่นคง

ก่อนหน้านี้ระบุไว้ว่าสำหรับแท่งที่ถูกบีบอัดจะต้องตรวจสอบสองครั้ง:

เพื่อความแข็งแกร่ง

เพื่อความยั่งยืน

ที่ไหน

เพื่อสร้างความเครียดที่อนุญาตเพื่อความมั่นคง ตอนนี้เราต้องเลือกปัจจัยด้านความปลอดภัยเท่านั้น เค.

ในทางปฏิบัติ ค่าสัมประสิทธิ์นี้จะแตกต่างกันไปสำหรับเหล็กตั้งแต่ 1.8 ถึง 3.0 ปัจจัยด้านความปลอดภัยเพื่อความมั่นคงถูกเลือกสูงกว่าปัจจัยด้านความปลอดภัยด้านความแข็งแรงเท่ากับ 1.5 × 1.6 สำหรับเหล็ก

สิ่งนี้อธิบายได้จากการมีอยู่ของสถานการณ์หลายประการที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในทางปฏิบัติ (ความโค้งเริ่มต้น ความเยื้องศูนย์ของการกระทำ โหลด ความหลากหลายของวัสดุ ฯลฯ) และแทบไม่มีผลกระทบต่อการทำงานของโครงสร้างภายใต้การเสียรูปประเภทอื่น ๆ (แรงบิด , การดัดงอ , ความตึงเครียด)

สำหรับแท่งอัด เนื่องมาจากความเป็นไปได้ที่จะสูญเสียความมั่นคง สถานการณ์เหล่านี้จึงสามารถลดความสามารถในการรับน้ำหนักของแท่งได้อย่างมาก สำหรับเหล็กหล่อ ค่าความปลอดภัยอยู่ระหว่าง 5.0 ถึง 5.5 สำหรับไม้ตั้งแต่ 2.8 ถึง 3.2

เพื่อสร้างการเชื่อมโยงระหว่างความเค้นที่อนุญาตสำหรับความมั่นคงและความเครียดที่อนุญาตสำหรับความแข็งแกร่ง ให้เราหาอัตราส่วนของพวกมัน:

การกำหนด

นี่คือปัจจัยการลดสำหรับความเค้นหลักที่อนุญาตสำหรับแท่งอัด

ด้วยกราฟของการพึ่งพาวัสดุที่กำหนด การรู้หรือและเลือกปัจจัยด้านความปลอดภัยเพื่อความแข็งแรงและความมั่นคง คุณสามารถสร้างตารางค่าสัมประสิทธิ์เป็นฟังก์ชันของความยืดหยุ่นได้ ข้อมูลดังกล่าวมีอยู่ในข้อกำหนดทางเทคนิคของเราสำหรับการออกแบบโครงสร้าง พวกมันถูกทำเป็นตาราง

ความต้านทานแรงดึง

ค่าเกณฑ์ที่แน่นอนสำหรับวัสดุเฉพาะซึ่งเกินกว่านั้นจะนำไปสู่การทำลายของวัตถุภายใต้อิทธิพลของความเค้นเชิงกล ขีดจำกัดความแข็งแกร่งประเภทหลัก: คงที่ ไดนามิก แรงอัด และแรงดึง ตัวอย่างเช่น ความต้านทานแรงดึงคือค่าขีดจำกัดของความเค้นทางกลคงที่ (ขีดจำกัดแบบสถิต) หรือแบบแปรผัน (ขีดจำกัดแบบไดนามิก) ซึ่งเกินกว่านั้นจะทำให้ผลิตภัณฑ์แตก (หรือเปลี่ยนรูปอย่างไม่อาจยอมรับได้) หน่วยการวัด - ปาสคาล [Pa], N/mm² = [MPa]

ความแข็งแรงของผลผลิต (σ t)

ปริมาณของความเค้นเชิงกลที่การเสียรูปยังคงเพิ่มขึ้นโดยไม่เพิ่มภาระ ใช้สำหรับคำนวณความเค้นที่อนุญาตในวัสดุพลาสติก

หลังจากผ่านจุดครากแล้ว จะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในโครงสร้างโลหะ: โครงตาข่ายคริสตัลถูกจัดเรียงใหม่และมีการเสียรูปพลาสติกอย่างมีนัยสำคัญ ในเวลาเดียวกันโลหะมีความแข็งแรงในตัวเองและหลังจากจุดครากการเปลี่ยนรูปจะเพิ่มขึ้นตามแรงดึงที่เพิ่มขึ้น

พารามิเตอร์นี้มักถูกกำหนดให้เป็น "ความเครียดที่การเสียรูปพลาสติกเริ่มเกิดขึ้น" ซึ่งเป็นการระบุขีดจำกัดของผลผลิตและความยืดหยุ่น อย่างไรก็ตาม ควรเข้าใจว่านี่เป็นพารามิเตอร์สองตัวที่แตกต่างกัน ค่าความแข็งแรงของผลผลิตเกินขีดจำกัดความยืดหยุ่นประมาณ 5%

ขีดจำกัดความทนทานหรือขีดจำกัดความล้า (σ R)

ความสามารถของวัสดุในการรับน้ำหนักที่ทำให้เกิดความเค้นแบบวนรอบ พารามิเตอร์ความแข็งแรงนี้ถูกกำหนดให้เป็นความเค้นสูงสุดในวงจรซึ่งจะไม่เกิดความเสียหายจากความล้าของผลิตภัณฑ์หลังจากโหลดเป็นรอบจำนวนมากอย่างไม่มีกำหนด (จำนวนรอบพื้นฐานของเหล็กคือ Nb = 10 7) ค่าสัมประสิทธิ์ R (σ R) ถูกนำมาใช้เพื่อให้เท่ากับค่าสัมประสิทธิ์ความไม่สมมาตรของวงจร ดังนั้นขีดจำกัดความล้าของวัสดุในกรณีของรอบการโหลดแบบสมมาตรจะแสดงเป็น σ -1 และในกรณีของการเต้นเป็นจังหวะ - เป็น σ 0

โปรดทราบว่าการทดสอบความล้าของผลิตภัณฑ์นั้นใช้เวลานานและใช้แรงงานมาก โดยเกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์ข้อมูลการทดลองปริมาณมากด้วยจำนวนรอบที่กำหนดเองและการกระจายของค่าที่มีนัยสำคัญ ดังนั้นจึงมักใช้สูตรเชิงประจักษ์พิเศษเพื่อเชื่อมโยงขีดจำกัดความทนทานกับพารามิเตอร์ความแข็งแรงอื่นๆ ของวัสดุ พารามิเตอร์ที่สะดวกที่สุดถือเป็นค่าความต้านทานแรงดึง

สำหรับเหล็ก ขีดจำกัดความทนทานต่อการดัดงอมักจะเป็นครึ่งหนึ่งของค่าความต้านทานแรงดึง สำหรับเหล็กที่มีความแข็งแรงสูง คุณสามารถใช้:

สำหรับเหล็กธรรมดาระหว่างการบิดภายใต้สภาวะของความเค้นที่เปลี่ยนแปลงเป็นวัฏจักร สามารถยอมรับสิ่งต่อไปนี้ได้:

ควรใช้อัตราส่วนข้างต้นด้วยความระมัดระวัง เนื่องจากได้รับภายใต้เงื่อนไขการโหลดเฉพาะ เช่น ระหว่างการดัดและบิด อย่างไรก็ตาม เมื่อทดสอบด้วยแรงอัดแรงดึง ขีดจำกัดความทนทานจะน้อยกว่าการดัดงอประมาณ 10-20%

ขีดจำกัดตามสัดส่วน (σ)

ค่าความเค้นสูงสุดสำหรับวัสดุเฉพาะที่ยังคงใช้กฎของฮุคอยู่ เช่น การเสียรูปของร่างกายเป็นสัดส่วนโดยตรงกับภาระ (แรง) ที่ใช้ โปรดทราบว่าสำหรับวัสดุหลายประเภท การถึงขีดจำกัดความยืดหยุ่น (แต่ไม่เกิน!) จะทำให้เกิดการเสียรูป (ยืดหยุ่น) แบบกลับด้านได้ ซึ่งจะไม่แปรผันโดยตรงกับความเค้นอีกต่อไป ในกรณีนี้การเสียรูปดังกล่าวอาจค่อนข้าง "ล่าช้า" เมื่อเทียบกับการเพิ่มหรือลดภาระ

แผนภาพแสดงการเสียรูปของตัวอย่างโลหะภายใต้ความตึงเครียดในการยืดตัวของพิกัด (Є) - ความเครียด (σ)

1: ขีดจำกัดความยืดหยุ่นสัมบูรณ์

2: ขีดจำกัดของสัดส่วน

3: ขีดจำกัดยืดหยุ่น

ปัจจุบันมีหลายวิธีในการทดสอบตัวอย่างวัสดุ ในเวลาเดียวกัน หนึ่งในการทดสอบที่ง่ายที่สุดและเปิดเผยมากที่สุดคือการทดสอบแรงดึง (แรงดึง) ซึ่งช่วยให้สามารถกำหนดขีดจำกัดของสัดส่วน ความแข็งแรงของผลผลิต โมดูลัสยืดหยุ่น และคุณลักษณะที่สำคัญอื่นๆ ของวัสดุได้ เนื่องจากคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของสภาวะรับความเครียดของวัสดุคือการเสียรูป ดังนั้นการกำหนดค่าการเปลี่ยนรูปสำหรับขนาดที่ทราบของตัวอย่างและโหลดที่กระทำกับตัวอย่างจึงทำให้สามารถสร้างลักษณะข้างต้นของวัสดุได้

คำถามนี้อาจเกิดขึ้น: ทำไมเราไม่สามารถระบุความต้านทานของวัสดุได้? ความจริงก็คือวัสดุที่ยืดหยุ่นอย่างยิ่งซึ่งพังทลายลงหลังจากเอาชนะขีด จำกัด ที่แน่นอนเท่านั้น - ความต้านทานนั้นมีอยู่ในทางทฤษฎีเท่านั้น ในความเป็นจริง วัสดุส่วนใหญ่มีทั้งคุณสมบัติยืดหยุ่นและพลาสติก เราจะพิจารณาว่าคุณสมบัติเหล่านี้มีอะไรบ้างด้านล่างโดยใช้ตัวอย่างของโลหะ

การทดสอบแรงดึงของโลหะดำเนินการตาม GOST 1497-84 เพื่อจุดประสงค์นี้ จะใช้ตัวอย่างมาตรฐาน ขั้นตอนการทดสอบมีลักษณะดังนี้: ใช้โหลดคงที่กับตัวอย่าง และพิจารณาการยืดตัวสัมบูรณ์ของตัวอย่าง ∆ลิตรจากนั้นโหลดจะเพิ่มขึ้นตามค่าขั้นตอนหนึ่งและการยืดตัวสัมบูรณ์ของตัวอย่างจะถูกกำหนดอีกครั้ง จะเป็นเช่นนี้ต่อไป จากข้อมูลที่ได้รับ จะมีการสร้างกราฟของการยืดตัวและโหลด กราฟนี้เรียกว่าแผนภาพความเครียด

รูปที่ 318.1. แผนภาพความเครียดสำหรับตัวอย่างเหล็ก

ในแผนภาพนี้ เราเห็นจุดคุณลักษณะ 5 ประการ:

1. ขีดจำกัดของสัดส่วน รพี(จุด ก)

ความเค้นปกติในส่วนตัดขวางของตัวอย่างเมื่อถึงขีดจำกัดสัดส่วนจะเท่ากับ:

σ p = P p /F o (318.2.1)

ขีดจำกัดสัดส่วนจะจำกัดพื้นที่ของการเสียรูปแบบยืดหยุ่นบนแผนภาพ ในส่วนนี้ การเสียรูปจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเค้น ซึ่งแสดงโดยกฎของฮุค:

R p = kΔl (318.2.2)

โดยที่ k คือสัมประสิทธิ์ความแข็ง:

k = EF/ลิตร (318.2.3)

โดยที่ l คือความยาวของตัวอย่าง F คือพื้นที่หน้าตัด E คือโมดูลัสของ Young

โมดูลัสยืดหยุ่น

ลักษณะสำคัญของคุณสมบัติความยืดหยุ่นของวัสดุคือ Young's modulus E (โมดูลัสความยืดหยุ่นประเภทแรก โมดูลัสความยืดหยุ่นในแรงดึง) โมดูลัสความยืดหยุ่นของประเภทที่สอง G (โมดูลัสความยืดหยุ่นในแรงเฉือน) และอัตราส่วนปัวซอง μ (ตามขวาง ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนรูป)

โมดูลัส E ของ Young แสดงอัตราส่วนของความเค้นปกติต่อความเครียดสัมพัทธ์ภายในขีดจำกัดของสัดส่วน

โมดูลัสของ Young ยังถูกกำหนดโดยเชิงประจักษ์เมื่อทำการทดสอบตัวอย่างแรงดึงมาตรฐาน เนื่องจากความเค้นปกติในวัสดุเท่ากับแรงหารด้วยพื้นที่หน้าตัดเริ่มต้น:

σ = Р/F ® (318.3.1), (317.2)

และการยืดตัวสัมพัทธ์ ε - อัตราส่วนของการเสียรูปสัมบูรณ์ต่อความยาวเริ่มต้น

ε pr = Δl/l o (318.3.2)

โมดูลัสของ Young ตามกฎของ Hooke สามารถแสดงได้ดังนี้

E = σ/ε pr = P o /F o Δl = tg α (318.3.3)

รูปที่ 318.2. แผนภาพความเค้นของโลหะผสมบางชนิด

อัตราส่วนของปัวซอง μ แสดงอัตราส่วนของแนวขวางต่อสายพันธุ์ตามยาว

ภายใต้อิทธิพลของโหลด ความยาวของตัวอย่างไม่เพียงเพิ่มขึ้นเท่านั้น แต่ยังรวมถึงพื้นที่ของหน้าตัดที่พิจารณาลดลงด้วย (หากเราถือว่าปริมาตรของวัสดุในบริเวณที่เสียรูปแบบยืดหยุ่นยังคงที่ ดังนั้น การเพิ่มความยาวของตัวอย่างทำให้พื้นที่หน้าตัดลดลง) สำหรับตัวอย่างที่มีหน้าตัดเป็นวงกลม การเปลี่ยนแปลงพื้นที่หน้าตัดสามารถแสดงได้ดังนี้

ε ป๊อป = Δd/d o (318.3.4)

จากนั้นอัตราส่วนของปัวซองสามารถแสดงได้ด้วยสมการต่อไปนี้:

μ = ε ป๊อป /ε pr (318.3.5)

โมดูลัสเฉือน G แสดงอัตราส่วนของความเค้นเฉือน ตถึงมุมเฉือน

โมดูลัสแรงเฉือน G สามารถหาได้จากการทดลองโดยการทดสอบแรงบิดของชิ้นงาน

ในระหว่างการเปลี่ยนรูปเชิงมุมส่วนที่พิจารณาจะไม่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง แต่ในมุมหนึ่ง - มุมกะγไปยังส่วนเริ่มต้น เนื่องจากความเค้นเฉือนเท่ากับแรงหารด้วยพื้นที่ในระนาบที่แรงกระทำ:

ต= ร/ฟ (318.3.6)

และแทนเจนต์ของมุมเอียงสามารถแสดงเป็นอัตราส่วนของการเสียรูปสัมบูรณ์ ∆ลิตรไปยังระยะทาง h จากสถานที่ซึ่งมีการบันทึกการเสียรูปสัมบูรณ์ไปยังจุดที่สัมพันธ์กับการหมุน:

tgγ = Δl/ชม (318.3.7)

จากนั้นที่ค่าเล็กน้อยของมุมเฉือน โมดูลัสแรงเฉือนสามารถแสดงได้ด้วยสมการต่อไปนี้:

ก= ต/γ = Ph/FΔl (318.3.8)

โมดูลัสของยัง โมดูลัสแรงเฉือน และอัตราส่วนของปัวซองมีความสัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

E = 2(1 + μ)G (318.3.9)

ค่าของค่าคงที่ E, G และ µ แสดงไว้ในตาราง 318.1

ตารางที่ 318.1. ค่าประมาณของคุณสมบัติยืดหยุ่นของวัสดุบางชนิด

บันทึก:โมดูลัสยืดหยุ่นเป็นค่าคงที่อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีการผลิตสำหรับวัสดุก่อสร้างต่างๆ มีการเปลี่ยนแปลงและค่าโมดูลัสยืดหยุ่นที่แม่นยำยิ่งขึ้นควรได้รับการชี้แจงตามเอกสารกำกับดูแลที่ถูกต้องในปัจจุบัน โมดูลัสความยืดหยุ่นของคอนกรีตขึ้นอยู่กับประเภทของคอนกรีต ดังนั้นจึงไม่ได้ระบุไว้ในที่นี้

คุณลักษณะยืดหยุ่นถูกกำหนดสำหรับวัสดุต่างๆ ภายในขีดจำกัดของการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นซึ่งจำกัดบนแผนภาพความเค้นตามจุด A ขณะเดียวกัน ยังสามารถระบุจุดอื่นๆ อีกหลายๆ จุดในแผนภาพความเค้น:

2. ขีด จำกัด ยืดหยุ่น Р у

ความเค้นปกติในส่วนตัดขวางของตัวอย่างเมื่อถึงขีดจำกัดความยืดหยุ่นจะเท่ากับ:

σ y = Р y /F o (318.2.4)

ขีดจำกัดความยืดหยุ่นจะจำกัดพื้นที่ที่การเสียรูปพลาสติกที่ปรากฏอยู่ภายในค่าเล็กน้อยที่กำหนด ซึ่งปรับให้เป็นมาตรฐานโดยเงื่อนไขทางเทคนิค (เช่น 0.001%; ​​​​0.01% เป็นต้น) บางครั้งขีดจำกัดความยืดหยุ่นถูกกำหนดตามความคลาดเคลื่อน σ 0.001, σ 0.01 เป็นต้น

3. ความแข็งแรงของผลผลิต Р t

σ t = P t /F o (318.2.5)

จำกัด พื้นที่ของแผนภาพที่การเสียรูปเพิ่มขึ้นโดยไม่มีภาระเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (สถานะผลผลิต) ในกรณีนี้ การแตกตัวของพันธะภายในบางส่วนเกิดขึ้นตลอดปริมาตรของตัวอย่างทั้งหมด ซึ่งนำไปสู่การเสียรูปพลาสติกอย่างมีนัยสำคัญ วัสดุตัวอย่างไม่ได้ถูกทำลายทั้งหมด แต่ขนาดทางเรขาคณิตเริ่มต้นจะมีการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ บนพื้นผิวขัดเงาของตัวอย่าง สังเกตตัวเลขผลผลิต - เส้นแรงเฉือน (ค้นพบโดยศาสตราจารย์ V.D. Chernov) สำหรับโลหะชนิดต่างๆ มุมเอียงของเส้นเหล่านี้จะแตกต่างกัน แต่อยู่ในช่วง 40-50 o ในกรณีนี้พลังงานศักย์สะสมส่วนหนึ่งจะถูกใช้ไปอย่างถาวรในการแตกพันธะภายในบางส่วน เมื่อทำการทดสอบแรงดึง เป็นธรรมเนียมที่จะต้องแยกแยะระหว่างขีดจำกัดบนและล่าง - ตามลำดับ คือความเค้นสูงสุดและต่ำสุดที่การเปลี่ยนรูปพลาสติก (ตกค้าง) จะเพิ่มขึ้นที่ค่าเกือบคงที่ของโหลดที่มีประสิทธิภาพ

แผนภาพความเค้นบ่งชี้ถึงความแรงของผลผลิตที่ต่ำกว่า นี่เป็นขีดจำกัดสำหรับวัสดุส่วนใหญ่ที่ถือเป็นความต้านทานมาตรฐานของวัสดุ

วัสดุบางชนิดไม่มีอัตราผลตอบแทนที่เด่นชัด สำหรับพวกเขา ความแรงของผลผลิตตามเงื่อนไข σ 0.2 ถือเป็นความเค้นที่ทำให้การยืดตัวที่เหลือของตัวอย่างถึงค่า ε γ 0.2%

4. ความต้านแรงดึง P max (กำลังชั่วคราว)

ความเค้นปกติในส่วนตัดขวางของตัวอย่างเมื่อถึงความแรงสูงสุดจะเท่ากับ:

σ นิ้ว = P สูงสุด /F o (318.2.6)

หลังจากเอาชนะขีดจำกัดอัตราผลตอบแทนบนแล้ว (ไม่แสดงในแผนภาพความเค้น) วัสดุจะเริ่มต้านทานโหลดอีกครั้ง ที่แรงสูงสุด P max การทำลายพันธะภายในของวัสดุจะเริ่มต้นขึ้นโดยสมบูรณ์ ในกรณีนี้ การเสียรูปพลาสติกจะกระจุกตัวอยู่ในที่เดียว ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าคอในตัวอย่าง

ความเค้นที่โหลดสูงสุดเรียกว่าความต้านทานแรงดึงหรือความต้านทานแรงดึงของวัสดุ

ตาราง 318.2 - 318.5 ให้ค่าความแข็งแรงโดยประมาณสำหรับวัสดุบางชนิด:

ตารางที่ 318.2ขีดจำกัดโดยประมาณของกำลังอัด (กำลังชั่วคราว) ของวัสดุก่อสร้างบางชนิด

บันทึก: สำหรับโลหะและโลหะผสม ควรกำหนดค่าความต้านทานแรงดึงตามเอกสารกำกับดูแล สามารถดูค่าความต้านทานชั่วคราวสำหรับเกรดเหล็กบางเกรดได้

ตารางที่ 318.3. ขีดจำกัดความแข็งแรงโดยประมาณ (ความต้านทานแรงดึง) สำหรับพลาสติกบางชนิด

ตารางที่ 318.4. ค่าความต้านทานแรงดึงโดยประมาณของเส้นใยบางชนิด

ตารางที่ 318.5. ขีดจำกัดความแข็งแรงโดยประมาณของไม้บางชนิด

5. การทำลายวัสดุ P r

หากคุณดูแผนภาพความเค้น ดูเหมือนว่าการทำลายของวัสดุจะเกิดขึ้นเมื่อโหลดลดลง ความประทับใจนี้เกิดขึ้นเนื่องจากผลของการก่อตัวของ “คอ” พื้นที่หน้าตัดของตัวอย่างในบริเวณ “คอ” เปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก หากคุณสร้างแผนภาพความเค้นสำหรับตัวอย่างที่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ ขึ้นอยู่กับพื้นที่หน้าตัดที่เปลี่ยนแปลง คุณจะเห็นว่าความเค้นในส่วนที่พิจารณาเพิ่มขึ้นจนถึงขีดจำกัดที่แน่นอน:

รูปที่ 318.3. แผนภาพความเครียด: 2 - สัมพันธ์กับพื้นที่หน้าตัดเริ่มต้น 1 - สัมพันธ์กับพื้นที่หน้าตัดที่เปลี่ยนแปลงในบริเวณคอ

อย่างไรก็ตามการพิจารณาลักษณะความแข็งแรงของวัสดุโดยสัมพันธ์กับพื้นที่ของส่วนเดิมนั้นถูกต้องมากกว่าเนื่องจากการคำนวณความแข็งแรงไม่ค่อยรวมการเปลี่ยนแปลงในรูปทรงเรขาคณิตดั้งเดิม

ลักษณะทางกลอย่างหนึ่งของโลหะคือการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ ψ ของพื้นที่หน้าตัดในบริเวณคอ แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์:

ψ = 100(F o - F)/F o (318.2.7)

โดยที่ F o คือพื้นที่หน้าตัดเริ่มต้นของตัวอย่าง (พื้นที่หน้าตัดก่อนการเปลี่ยนรูป) F คือพื้นที่หน้าตัดในบริเวณ "คอ" ยิ่งค่าของ ψ สูงเท่าใด คุณสมบัติทางพลาสติกของวัสดุก็จะยิ่งเด่นชัดมากขึ้นเท่านั้น ยิ่งค่า ψ ต่ำเท่าใด ความเปราะบางของวัสดุก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

หากคุณเพิ่มส่วนที่ฉีกขาดของตัวอย่างและวัดการยืดตัวของมัน ปรากฎว่ามันน้อยกว่าการยืดตัวในแผนภาพ (ตามความยาวของส่วน NL) เนื่องจากหลังจากการแตก การเสียรูปแบบยืดหยุ่นจะหายไปและมีเพียงการเสียรูปพลาสติกเท่านั้น ยังคง. ปริมาณของการเสียรูปพลาสติก (การยืดตัว) ก็เป็นลักษณะสำคัญของคุณสมบัติทางกลของวัสดุเช่นกัน

นอกเหนือจากความยืดหยุ่น จนถึงการแตกหัก การเสียรูปทั้งหมดประกอบด้วยส่วนประกอบยืดหยุ่นและพลาสติก หากคุณนำวัสดุไปรับความเค้นเกินกำลังของผลผลิต (ในรูปที่ 318.1 ซึ่งเป็นจุดใดจุดหนึ่งระหว่างความแข็งแรงของผลผลิตและความต้านทานแรงดึง) แล้วจึงขนถ่ายออก การเสียรูปของพลาสติกจะยังคงอยู่ในตัวอย่าง แต่เมื่อโหลดใหม่หลังจากผ่านไประยะหนึ่ง ขีด จำกัด ของความยืดหยุ่นจะสูงขึ้นเนื่องจากในกรณีนี้การเปลี่ยนแปลงรูปทรงเรขาคณิตของตัวอย่างอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนรูปพลาสติกจะกลายเป็นผลของการเชื่อมต่อภายในและรูปทรงเรขาคณิตที่เปลี่ยนแปลงจะกลายเป็นค่าเริ่มต้น หนึ่ง. กระบวนการขนถ่ายวัสดุนี้สามารถทำซ้ำได้หลายครั้ง และคุณสมบัติความแข็งแรงของวัสดุจะเพิ่มขึ้น:

รูปที่ 318.4. แผนภาพความเครียดในระหว่างการชุบแข็งงาน (เส้นตรงเอียงสอดคล้องกับการขนถ่ายและการโหลดซ้ำ)

การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติความแข็งแรงของวัสดุที่ได้จากการโหลดแบบคงที่ซ้ำๆ นี้เรียกว่าการชุบแข็งงาน อย่างไรก็ตาม เมื่อความแข็งแรงของโลหะเพิ่มขึ้นโดยการชุบแข็งด้วยความเย็น คุณสมบัติของพลาสติกจะลดลงและความเปราะบางเพิ่มขึ้น ดังนั้นการชุบแข็งที่ค่อนข้างน้อยจึงถือว่ามีประโยชน์

งานของการเสียรูป

ยิ่งแรงภายในของการโต้ตอบระหว่างอนุภาคของวัสดุมากเท่าใด ความแข็งแรงของวัสดุก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ดังนั้นค่าความต้านทานการยืดตัวต่อหน่วยปริมาตรของวัสดุจึงสามารถใช้เป็นคุณลักษณะของความแข็งแรงได้ ในกรณีนี้ ความต้านทานแรงดึงไม่ใช่คุณลักษณะที่ละเอียดถี่ถ้วนของคุณสมบัติความแข็งแรงของวัสดุที่กำหนด เนื่องจากเป็นเพียงลักษณะเฉพาะของหน้าตัดเท่านั้น เมื่อเกิดการแตกร้าว การเชื่อมต่อระหว่างกันจะถูกทำลายทั่วทั้งพื้นที่หน้าตัดทั้งหมด และในระหว่างการตัดเฉือนซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนรูปพลาสติก จะมีเพียงการเชื่อมต่อระหว่างท้องถิ่นเท่านั้นที่ถูกทำลาย เพื่อทำลายการเชื่อมต่อเหล่านี้ งานจำนวนหนึ่งของแรงปฏิสัมพันธ์ภายในจะถูกใช้ไป ซึ่งเท่ากับงานของแรงภายนอกที่ใช้ไปกับการกระจัด:

A = РΔl/2 (318.4.1)

โดยที่ 1/2 คือผลลัพธ์ของการกระทำคงที่ของโหลด ซึ่งเพิ่มขึ้นจาก 0 เป็น P ในขณะที่ใช้งาน (ค่าเฉลี่ย (0 + P)/2)

ในระหว่างการเสียรูปแบบยืดหยุ่น งานของแรงจะถูกกำหนดโดยพื้นที่ของสามเหลี่ยม OAB (ดูรูปที่ 318.1) งานทั้งหมดที่ใช้ไปกับการเปลี่ยนรูปตัวอย่างและการทำลาย:

A = ηР สูงสุด Δl สูงสุด (318.4.2)

โดยที่ η คือสัมประสิทธิ์ความสมบูรณ์ของแผนภาพ เท่ากับอัตราส่วนของพื้นที่ของแผนภาพทั้งหมดซึ่งจำกัดด้วยเส้นโค้ง AM และเส้นตรง OA, MN และ ON ต่อพื้นที่ของสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่มีด้าน 0P สูงสุด (ตามแกน P) และ Δl สูงสุด (เส้นประในรูปที่ 318.1) ในกรณีนี้จำเป็นต้องลบงานที่กำหนดโดยพื้นที่ของสามเหลี่ยม MNL (ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่น)

งานที่ใช้ในการเปลี่ยนรูปพลาสติกและการทำลายตัวอย่างถือเป็นลักษณะสำคัญอย่างหนึ่งของวัสดุที่กำหนดระดับความเปราะบาง

ความเครียดการบีบอัด

การเปลี่ยนรูปด้วยแรงอัดนั้นคล้ายคลึงกับการเปลี่ยนรูปด้วยแรงดึง: ประการแรก การเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นเกิดขึ้น ซึ่งการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติกจะถูกเพิ่มเกินขีดจำกัดความยืดหยุ่น ธรรมชาติของการเสียรูปและการแตกหักระหว่างการบีบอัดแสดงไว้ในรูปที่ 1 318.5:

รูปที่ 318.5

เอ - สำหรับวัสดุพลาสติก b - สำหรับวัสดุที่เปราะบาง c - สำหรับไม้ตามลายไม้ d - สำหรับไม้ตามลายไม้

การทดสอบแรงอัดไม่สะดวกในการพิจารณาคุณสมบัติทางกลของวัสดุพลาสติก เนื่องจากความยากลำบากในการบันทึกช่วงเวลาแห่งความล้มเหลว วิธีการทดสอบทางกลของโลหะได้รับการควบคุมโดย GOST 25.503-97 เมื่อทำการทดสอบแรงอัด รูปร่างของตัวอย่างและขนาดอาจแตกต่างกัน ค่าความต้านทานแรงดึงโดยประมาณสำหรับวัสดุต่างๆแสดงไว้ในตาราง 318.2 - 318.5

หากวัสดุอยู่ภายใต้การรับน้ำหนักที่ความเค้นคงที่ การเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นเพิ่มเติมจะค่อยๆ เพิ่มเข้ากับการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นเกือบจะในทันที เมื่อถอดโหลดออกจนหมด การเปลี่ยนรูปยืดหยุ่นจะลดลงตามสัดส่วนของความเค้นที่ลดลง และการเปลี่ยนรูปยืดหยุ่นเพิ่มเติมจะหายไปช้าลง

ผลที่ตามมาของการเสียรูปแบบยืดหยุ่นเพิ่มเติมภายใต้ความเค้นคงที่ ซึ่งจะไม่หายไปทันทีหลังจากการขนถ่าย เรียกว่าผลที่ตามมาแบบยืดหยุ่น

อิทธิพลของอุณหภูมิต่อการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกลของวัสดุ

สถานะของแข็งไม่ใช่สถานะเดียวของการรวมตัวของสาร ของแข็งมีอยู่ในช่วงอุณหภูมิและความดันที่กำหนดเท่านั้น การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมินำไปสู่การเปลี่ยนเฟสจากของแข็งเป็นของเหลว และกระบวนการเปลี่ยนผ่านนั้นเรียกว่าการหลอมละลาย จุดหลอมเหลวก็เหมือนกับคุณลักษณะทางกายภาพอื่นๆ ของวัสดุ ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัยและถูกกำหนดจากการทดลองด้วย

ตารางที่ 318.6. จุดหลอมเหลวของสารบางชนิด

บันทึก: ตารางแสดงจุดหลอมเหลวที่ความดันบรรยากาศ (ยกเว้นฮีเลียม)

ตามกฎแล้วจะกำหนดลักษณะความยืดหยุ่นและความแข็งแรงของวัสดุที่กำหนดในตาราง 318.1-318.5 ที่อุณหภูมิ +20 o C GOST 25.503-97 อนุญาตให้ทดสอบตัวอย่างโลหะในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ +10 ถึง +35 o C .

เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง พลังงานศักย์ของร่างกายจะเปลี่ยนไป ซึ่งหมายความว่าค่าของแรงปฏิสัมพันธ์ภายในก็เปลี่ยนแปลงไปด้วย ดังนั้นคุณสมบัติทางกลของวัสดุไม่เพียงขึ้นอยู่กับค่าสัมบูรณ์ของอุณหภูมิเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับระยะเวลาของการกระทำด้วย สำหรับวัสดุส่วนใหญ่ เมื่อถูกความร้อน ลักษณะความแข็งแรง (σ p, σ t และ σ v) จะลดลง ในขณะที่ความเป็นพลาสติกของวัสดุจะเพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิลดลงลักษณะความแข็งแรงจะเพิ่มขึ้น แต่ในขณะเดียวกันความเปราะบางก็เพิ่มขึ้น เมื่อถูกความร้อน โมดูลัส E ของยังจะลดลง และอัตราส่วนของปัวซองจะเพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิลดลง กระบวนการย้อนกลับจะเกิดขึ้น

รูปที่ 318.6. อิทธิพลของอุณหภูมิต่อลักษณะทางกลของเหล็กกล้าคาร์บอน

เมื่อโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและโลหะผสมที่ทำจากพวกมันถูกให้ความร้อน ความแข็งแรงของพวกมันจะลดลงทันทีและที่อุณหภูมิใกล้ 600° C ความแข็งแรงของพวกมันจะลดลงทันที ข้อยกเว้นคือโครเมียมอะลูมิเนียมซึ่งค่าความต้านทานแรงดึงจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและที่อุณหภูมิ 1100° C ถึงค่าสูงสุด σ ใน 1100 = 2σ ใน 20

ลักษณะความเหนียวของทองแดง โลหะผสมทองแดง และแมกนีเซียมจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ในขณะที่คุณสมบัติความเหนียวของอะลูมิเนียมจะเพิ่มขึ้น เมื่อพลาสติกและยางได้รับความร้อน ความต้านทานแรงดึงจะลดลงอย่างรวดเร็ว และเมื่อเย็นลง วัสดุเหล่านี้จะเปราะมาก

ผลของการฉายรังสีกัมมันตภาพรังสีต่อการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกล

การได้รับรังสีส่งผลต่อวัสดุที่แตกต่างกันแตกต่างกัน การฉายรังสีของวัสดุที่มีแหล่งกำเนิดอนินทรีย์ซึ่งมีผลกระทบต่อลักษณะทางกลและลักษณะความเป็นพลาสติกนั้นคล้ายคลึงกับอุณหภูมิที่ลดลง: เมื่อปริมาณการฉายรังสีกัมมันตภาพรังสีเพิ่มขึ้นความต้านทานแรงดึงและโดยเฉพาะอย่างยิ่งความแข็งแรงของผลผลิตจะเพิ่มขึ้นและลักษณะความเป็นพลาสติกลดลง

การฉายรังสีของพลาสติกยังนำไปสู่ความเปราะบางที่เพิ่มขึ้นและการฉายรังสีมีผลกระทบที่แตกต่างกันต่อความต้านทานแรงดึงของวัสดุเหล่านี้: ในพลาสติกบางชนิดแทบไม่มีผลใด ๆ (โพลีเอทิลีน) ในส่วนอื่น ๆ จะทำให้ความต้านทานแรงดึงลดลงอย่างมีนัยสำคัญ (คาตาเมน) และในส่วนอื่นๆ จะเพิ่มความต้านทานแรงดึง (เซตรอน)

2. ขีดจำกัดแบบยืดหยุ่น

3. ความแข็งแรงของผลผลิต

4. ความต้านทานแรงดึงหรือความต้านทานแรงดึง

5. แรงดันไฟฟ้าเมื่อขาด

การวาดภาพ. 2.3 – มุมมองของตัวอย่างทรงกระบอกหลังการแตกหัก (a) และการเปลี่ยนแปลงในบริเวณตัวอย่างใกล้กับบริเวณการแตกหัก (b)

เพื่อให้แผนภาพสะท้อนเฉพาะคุณสมบัติของวัสดุ (โดยไม่คำนึงถึงขนาดของตัวอย่าง) แผนภาพจึงถูกจัดเรียงใหม่ในพิกัดสัมพัทธ์ (ความเค้น-ความเครียด)

กำหนดโดยพลการ ฉันจุดของแผนภาพดังกล่าว (รูปที่ 2.4) ได้มาจากหารค่าของแรงดึง (รูปที่ 2.2) ด้วยพื้นที่หน้าตัดดั้งเดิมของตัวอย่าง () และ abscissa โดยการหารค่าสัมบูรณ์ การยืดตัวของส่วนการทำงานของตัวอย่างตามความยาวเดิม () โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับจุดคุณลักษณะของแผนภาพ พิกัดจะถูกคำนวณโดยใช้สูตร (2.3)…(2.7)

แผนภาพผลลัพธ์เรียกว่า แผนภาพแรงดันไฟฟ้าทั่วไป (รูปที่ 2.4)

แบบแผนของแผนภาพอยู่ในวิธีการหาความเค้นไม่ใช่จากพื้นที่หน้าตัดปัจจุบันซึ่งเปลี่ยนแปลงในระหว่างการทดสอบ แต่จากต้นฉบับ - แผนภาพความเค้นยังคงรักษาคุณสมบัติทั้งหมดของแผนภาพแรงดึงดั้งเดิม ความเค้นลักษณะเฉพาะในแผนภาพเรียกว่าความเค้นจำกัด และสะท้อนถึงคุณสมบัติด้านความแข็งแรงของวัสดุที่กำลังทดสอบ (สูตร 2.3…2.7) โปรดทราบว่ากำลังครากของโลหะที่สอนในกรณีนี้สอดคล้องกับสถานะทางกายภาพใหม่ของโลหะ และจึงเรียกว่ากำลังครากทางกายภาพ

การวาดภาพ. 2.4 – แผนภาพแรงดันไฟฟ้า

จากแผนภาพแรงดันไฟฟ้า (รูปที่ 2.4) ชัดเจนว่า

เช่น โมดูลัสแรงดึง อีเป็นตัวเลขเท่ากับค่าแทนเจนต์ของมุมเอียงของส่วนตรงเริ่มต้นของแผนภาพความเค้นกับแกนแอบซิสซา นี่คือความหมายทางเรขาคณิตของโมดูลัสยืดหยุ่นแรงดึง

หากเราเชื่อมโยงแรงที่กระทำต่อตัวอย่างในแต่ละช่วงเวลาที่โหลดกับค่าที่แท้จริงของหน้าตัดในช่วงเวลาที่สอดคล้องกัน เราจะได้แผนภาพของความเค้นที่แท้จริง ซึ่งมักแสดงด้วยตัวอักษร ส(รูปที่ 2.5 เส้นทึบ) เนื่องจากในส่วนของแผนภาพ 0-1-2-3-4 เส้นผ่านศูนย์กลางของตัวอย่างจะลดลงเล็กน้อย (คอยังไม่ได้สร้าง) แผนภาพที่แท้จริงภายในส่วนนี้จึงเกิดขึ้นพร้อมกับแผนภาพทั่วไป (เส้นโค้งประ) ผ่านไปสูงขึ้นเล็กน้อย

การวาดภาพ. 2.5 – แผนภาพแรงดันไฟฟ้าจริง

การสร้างส่วนที่เหลือของแผนภาพความเค้นจริง (ส่วนที่ 4-5 ในรูปที่ 2.5) จำเป็นต้องวัดเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวอย่างในระหว่างการทดสอบแรงดึง ซึ่งไม่สามารถทำได้เสมอไป มีวิธีโดยประมาณในการสร้างแผนภาพส่วนนี้ โดยพิจารณาจากพิกัดของจุดที่ 5() ของแผนภาพจริง (รูปที่ 2.5) ซึ่งสอดคล้องกับโมเมนต์ของการแตกของตัวอย่าง ขั้นแรก จะต้องพิจารณาความเครียดที่เกิดขึ้นอย่างแท้จริง

แรงที่เกิดขึ้นกับตัวอย่างอยู่ที่ไหนในขณะที่เกิดการแตก

– พื้นที่หน้าตัดที่คอของตัวอย่างในขณะที่เกิดการแตก

พิกัดที่สองของจุด - การเสียรูปสัมพัทธ์ - ประกอบด้วยสององค์ประกอบ - พลาสติกจริง - และยืดหยุ่น - ค่าสามารถกำหนดได้จากสภาวะความเท่าเทียมกันของปริมาตรของวัสดุใกล้กับจุดแตกของตัวอย่างก่อนและหลังการทดสอบ (รูปที่ 2.3) ดังนั้นก่อนที่จะทดสอบปริมาตรของวัสดุของตัวอย่างหนึ่งหน่วยความยาวจะเท่ากับและหลังการแตกร้าว นี่คือการยืดตัวของตัวอย่างความยาวหน่วยใกล้กับจุดแตกหัก เนื่องจากความผิดปกติที่แท้จริงอยู่ที่นี่และ , ที่ . เราค้นหาองค์ประกอบยืดหยุ่นโดยใช้กฎของฮุค: จากนั้น abscissa ของจุดที่ 5 จะเท่ากับ . เมื่อวาดเส้นโค้งเรียบระหว่างจุดที่ 4 และ 5 เราจะได้มุมมองที่สมบูรณ์ของแผนภาพจริง

สำหรับวัสดุที่แผนภาพแรงดึงในส่วนเริ่มต้นไม่มีอัตราผลตอบแทนที่ราบสูงที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน (ดูรูปที่ 2.6) ความแข็งแรงของผลผลิตถูกกำหนดตามอัตภาพเป็นความเค้นที่การเสียรูปตกค้างเป็นค่าที่กำหนดโดย GOST หรือข้อกำหนดทางเทคนิค ตาม GOST 1497–84 ค่าของการเปลี่ยนรูปที่เหลือนี้คือ 0.2% ของความยาวที่วัดได้ของตัวอย่างและ พิสูจน์ความแข็งแกร่ง แสดงด้วยสัญลักษณ์ – .

เมื่อทำการทดสอบตัวอย่างแรงดึง นอกจากลักษณะความแข็งแรงแล้ว ยังกำหนดลักษณะความเป็นพลาสติกอีกด้วย ซึ่งรวมถึง ส่วนขยายสัมพัทธ์ ตัวอย่างหลังการแตก ซึ่งกำหนดเป็นอัตราส่วนของการเพิ่มขึ้นของความยาวของตัวอย่างหลังการแตกต่อความยาวเดิม:

และ การแคบลงแบบสัมพัทธ์ คำนวณโดยสูตร

% (2.10)

ในสูตรเหล่านี้ - ความยาวที่คำนวณเริ่มต้นและพื้นที่หน้าตัดของตัวอย่าง - ตามลำดับความยาวของส่วนที่คำนวณและพื้นที่หน้าตัดต่ำสุดของตัวอย่างหลังการแตก

แทนที่จะเปลี่ยนรูปแบบสัมพัทธ์ ในบางกรณี จะใช้สิ่งที่เรียกว่าการเปลี่ยนรูปแบบลอการิทึม เนื่องจากความยาวของตัวอย่างเปลี่ยนแปลงไปตามการยืดตัวอย่าง ความยาวจึงเพิ่มขึ้น ดลไม่ได้อ้างถึง แต่หมายถึงค่าปัจจุบัน . หากเรารวมส่วนที่เพิ่มขึ้นของการยืดตัวเข้าด้วยกัน เมื่อความยาวเปลี่ยนจาก เป็น เราจะได้ค่าลอการิทึมหรือการเสียรูปที่แท้จริงของโลหะ

แล้ว – ความเครียดเมื่อขาด (เช่น . = เค) จะ

.

ควรคำนึงด้วยว่าการเสียรูปพลาสติกในตัวอย่างเกิดขึ้นไม่สม่ำเสมอตามความยาวของตัวอย่าง

ขึ้นอยู่กับลักษณะของโลหะ พวกมันจะถูกแบ่งออกเป็นประเภทที่มีความเหนียวมาก (ทองแดงอบอ่อน ตะกั่ว) ความเหนียว (เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ) เปราะ (เหล็กหล่อสีเทา) เปราะมาก (เหล็กหล่อสีขาว เซรามิก)

โหลดอัตราการสมัคร การเสียรูปวีส่งผลต่อลักษณะที่ปรากฏของแผนภาพและลักษณะของวัสดุ σ ต และ σ วี เพิ่มขึ้นตามความเร็วในการโหลดที่เพิ่มขึ้น การเสียรูปที่สอดคล้องกับจุดแข็งและจุดล้มเหลวสูงสุดจะลดลง

เครื่องจักรทั่วไปให้อัตราความเครียด

10 -2 ...10 -5 1/วินาที

เมื่ออุณหภูมิลดลง ต ไอเอสพี สำหรับเหล็กเพิร์ลไลติกเพิ่มขึ้น σ ต และลดลง

เหล็กกล้าออสเทนนิติก, อัลและ Tiโลหะผสมจะมีปฏิกิริยาอ่อนลงเมื่อลดลง ต.

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจะสังเกตการเปลี่ยนแปลงของการเสียรูปเมื่อเวลาผ่านไปที่ความเค้นคงที่เช่น คืบคลานเกิดขึ้นและมากกว่า> σ , เหล่านั้น< .

โดยปกติแล้วการคืบคลานจะมีสามขั้นตอน สำหรับวิศวกรรมเครื่องกล ระยะที่ 2 เป็นที่สนใจมากที่สุด โดยที่ έ = const (ระยะคืบคงที่)

เพื่อเปรียบเทียบความต้านทานการคืบของโลหะชนิดต่างๆ ได้มีการแนะนำคุณลักษณะแบบมีเงื่อนไข - ขีดจำกัดการคืบ

ขีดจำกัดการคืบคลาน σ กรุณา เรียกว่าความเครียดที่การเสียรูปของพลาสติกในช่วงเวลาที่กำหนดถึงค่าที่กำหนดโดยเงื่อนไขทางเทคนิค

นอกจากแนวคิดเรื่อง "คืบคลาน" แล้ว แนวคิดเรื่อง "การผ่อนคลายความเครียด" ยังเป็นที่รู้จักอีกด้วย

กระบวนการผ่อนคลายความเครียดเกิดขึ้นภายใต้การเสียรูปอย่างต่อเนื่อง

ตัวอย่างภายใต้ภาระคงที่ที่ระดับสูง ตสามารถแตกหักได้ทั้งแบบมีคอ (การแตกหักระหว่างคริสตัลไลน์แบบยืดหยุ่น) หรือไม่มีคอ (การแตกหักแบบคริสตัลไลน์แบบเปราะ) ประการแรกเป็นเรื่องปกติสำหรับระดับล่าง ตและสูง σ .

ความแข็งแรงของวัสดุที่สูง ตประเมินโดยขีดจำกัดความแข็งแกร่งในระยะยาว

ขีดจำกัดความแข็งแกร่งในระยะยาว(σ dp)คืออัตราส่วนของภาระที่ตัวอย่างแรงดึงล้มเหลวหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่งต่อพื้นที่หน้าตัดเดิม

เมื่อออกแบบผลิตภัณฑ์งานเชื่อมที่ทำงานบนที่สูง ตจะถูกชี้นำโดยค่าต่อไปนี้เมื่อกำหนด [ σ ]:

ก) เมื่อใด ต 260 o C สำหรับความต้านทานแรงดึง σ วี ;

ข) เมื่อใด ต 420 o C สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอน ต < 470 о С для стали 12Х1МФ, ต< 550 о С для 1Х18Н10Т – на σ ต ;

c) ที่สูงกว่า ตจนถึงขีดจำกัดของความแข็งแกร่งในระยะยาว σ ดีพี .

นอกเหนือจากวิธีการทดสอบที่ระบุไว้ภายใต้แรงคงที่แล้ว ยังมีการทดสอบการดัดงอ แรงบิด แรงเฉือน แรงอัด การบด ความเสถียร และความแข็งอีกด้วย

โลหะมีลักษณะเฉพาะคือมีความเหนียวสูง การนำความร้อนและไฟฟ้า มีลักษณะเป็นเงาโลหะ

ธาตุประมาณ 80 ธาตุในตารางธาตุของ D.I. มีคุณสมบัติเป็นโลหะ เมนเดเลเยฟ. สำหรับโลหะ เช่นเดียวกับโลหะผสม โดยเฉพาะอย่างยิ่งโครงสร้าง คุณสมบัติทางกลมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยคุณสมบัติหลักคือความแข็งแรง ความเหนียว ความแข็ง และแรงกระแทก

ภายใต้อิทธิพลของภาระภายนอก ความเครียดและการเสียรูปจะเกิดขึ้นในร่างกายที่มั่นคง เกี่ยวข้องกับพื้นที่หน้าตัดเดิมของกลุ่มตัวอย่าง

การเสียรูป –นี่คือการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและขนาดของวัตถุแข็งภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอกหรือเป็นผลมาจากกระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นในร่างกายระหว่างการเปลี่ยนเฟสการหดตัว ฯลฯ การเสียรูปอาจเป็นได้ ยืดหยุ่น(หายไปหลังจากถอดโหลดออกแล้ว) และ พลาสติก(ยังคงอยู่หลังจากถอดโหลดออกแล้ว) ด้วยภาระที่เพิ่มมากขึ้น ตามกฎแล้วการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นจะกลายเป็นพลาสติก จากนั้นตัวอย่างก็จะพังทลายลง

วิธีทดสอบคุณสมบัติทางกลของโลหะ โลหะผสม และวัสดุอื่นๆ ขึ้นอยู่กับวิธีการรับน้ำหนัก แบ่งออกเป็นแบบคงที่ ไดนามิก และแบบสลับ

ความแข็งแกร่ง -ความสามารถของโลหะในการต้านทานการเสียรูปหรือการทำลายภายใต้แรงสถิต ไดนามิก หรือกระแสสลับ ความแข็งแรงของโลหะภายใต้แรงคงที่ได้รับการทดสอบในด้านแรงดึง แรงอัด การดัดงอ และแรงบิด จำเป็นต้องมีการทดสอบแรงดึง ความแข็งแรงภายใต้แรงแบบไดนามิกนั้นประเมินโดยแรงกระแทกเฉพาะและภายใต้แรงสลับ - โดยความแข็งแรงของความเมื่อยล้า

เพื่อตรวจสอบความแข็งแรง ความยืดหยุ่น และความเหนียว โลหะในรูปแบบของตัวอย่างทรงกลมหรือแบนจะถูกทดสอบเพื่อหาแรงตึงสถิต การทดสอบจะดำเนินการกับเครื่องทดสอบแรงดึง จากผลการทดสอบจะได้แผนภาพแรงดึง (รูปที่ 3.1) . แกน Abscissa ของแผนภาพนี้แสดงค่าความเครียด และแกนกำหนดแสดงค่าความเครียดที่ใช้กับตัวอย่าง

กราฟแสดงให้เห็นว่าไม่ว่าความเครียดที่ใช้จะน้อยเพียงใด ก็ทำให้เกิดการเสียรูป และการเสียรูปในช่วงแรกจะยืดหยุ่นได้เสมอ และขนาดจะขึ้นอยู่กับความเครียดโดยตรง บนเส้นโค้งที่แสดงในแผนภาพ (รูปที่ 3.1) การเสียรูปแบบยืดหยุ่นนั้นมีลักษณะเป็นเส้น โอเอและความต่อเนื่องของมัน

ข้าว. 3.1. เส้นโค้งความเครียด

เหนือจุด กสัดส่วนระหว่างความเครียดและความเครียดถูกละเมิด ความเครียดไม่เพียงแต่ทำให้เกิดการยืดหยุ่นเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติกที่ตกค้างอีกด้วย ค่าของมันเท่ากับส่วนแนวนอนจากเส้นประถึงเส้นโค้งทึบ

ในระหว่างการเสียรูปแบบยืดหยุ่นภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก ระยะห่างระหว่างอะตอมในโครงตาข่ายคริสตัลจะเปลี่ยนไป การถอดโหลดจะช่วยลดสาเหตุที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในระยะห่างระหว่างอะตอม อะตอมจะกลับสู่ตำแหน่งเดิม และการเสียรูปจะหายไป

การเปลี่ยนรูปพลาสติกเป็นกระบวนการที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงและซับซ้อนกว่ามาก ในระหว่างการเปลี่ยนรูปพลาสติก ส่วนหนึ่งของคริสตัลจะเคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กับอีกส่วนหนึ่ง หากนำน้ำหนักออก ส่วนที่ย้ายของคริสตัลจะไม่กลับไปยังตำแหน่งเดิม การเสียรูปจะคงอยู่ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ถูกเปิดเผยโดยการตรวจโครงสร้างจุลภาค นอกจากนี้การเปลี่ยนรูปพลาสติกจะมาพร้อมกับการบดบล็อกโมเสกภายในเมล็ดข้าวและในระดับของการเสียรูปอย่างมีนัยสำคัญจะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของเมล็ดข้าวและตำแหน่งของพวกมันในอวกาศอย่างเห็นได้ชัดและมีช่องว่าง (รูขุมขน) ปรากฏขึ้นระหว่างเมล็ดพืช (บางครั้งก็อยู่ในเมล็ดข้าว)

เป็นตัวแทนของการพึ่งพา โอเอวี(ดูรูปที่ 3.1) ระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ภายนอก ( σ ) และการเสียรูปสัมพัทธ์ที่เกิดจากมัน ( ε ) แสดงคุณสมบัติทางกลของโลหะ

· ความชันของเส้นตรง โอเอการแสดง ความแข็งของโลหะ, หรือลักษณะเฉพาะของการที่โหลดที่กระทำจากภายนอกเปลี่ยนแปลงระยะห่างระหว่างอะตอม ซึ่งในการประมาณครั้งแรก จะกำหนดลักษณะเฉพาะของแรงดึงดูดระหว่างอะตอม

· แทนเจนต์ของมุมเอียงของเส้นตรง โอเอ สัดส่วนกับโมดูลัสยืดหยุ่น (อี) ซึ่งเท่ากับตัวเลขกับผลหารของความเครียดหารด้วยการเปลี่ยนรูปยืดหยุ่นแบบสัมพัทธ์:

แรงดันไฟฟ้าซึ่งเรียกว่าขีดจำกัดของสัดส่วน ( σ pc) สอดคล้องกับช่วงเวลาของการเสียรูปพลาสติก ยิ่งวิธีการวัดการเสียรูปแม่นยำยิ่งขึ้น จุดก็จะยิ่งต่ำลง ก;

· ในการวัดทางเทคนิคจะมีคุณลักษณะที่เรียกว่า ความแข็งแรงของผลผลิต (σ 0.2) นี่คือความเครียดที่ทำให้เกิดการเสียรูปตกค้างเท่ากับ 0.2% ของความยาวหรือขนาดอื่นของตัวอย่างหรือผลิตภัณฑ์

แรงดันไฟฟ้าสูงสุด ( σ c) สอดคล้องกับความเครียดสูงสุดที่เกิดขึ้นระหว่างความตึงเครียดและเรียกว่า การต่อต้านชั่วคราว หรือ แรงดึง .

คุณลักษณะอีกประการหนึ่งของวัสดุคือปริมาณของการเสียรูปพลาสติกที่เกิดขึ้นก่อนการแตกหักและถูกกำหนดให้เป็นการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ในความยาว (หรือหน้าตัด) - ที่เรียกว่า ส่วนขยายสัมพัทธ์ (δ ) หรือ การแคบลงแบบสัมพัทธ์ (ψ ) แสดงถึงความเป็นพลาสติกของโลหะ พื้นที่ใต้เส้นโค้ง โอเอวีตามสัดส่วนของงานที่ต้องใช้ในการทำลายเนื้อโลหะ ตัวบ่งชี้นี้กำหนดลักษณะได้หลายวิธี (โดยเน้นไปที่ตัวอย่างที่ตัดเป็นหลัก) ความหนืด โลหะ

เมื่อตัวอย่างถูกยืดออกจนถึงจุดที่เกิดความเสียหาย ความสัมพันธ์ระหว่างแรงที่ใช้กับการยืดตัวของตัวอย่างจะถูกบันทึกเป็นกราฟิก (รูปที่ 3.2) ซึ่งทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าแผนภาพการเปลี่ยนรูป

ข้าว. 3.2. แผนภาพ "แรง (แรงดึง) - การยืดตัว"

การเสียรูปของตัวอย่างเมื่อโหลดโลหะผสมจะเกิดความยืดหยุ่นแบบแมคโครอีลาสติคในขั้นแรก จากนั้นจึงค่อย ๆ เปลี่ยนเป็นพลาสติกในเกรนต่างๆ ภายใต้แรงที่ไม่เท่ากัน ซึ่งเกิดขึ้นจากแรงเฉือนผ่านกลไกการเคลื่อนตัว การสะสมของความคลาดเคลื่อนอันเป็นผลมาจากการเสียรูปนำไปสู่การเสริมความแข็งแกร่งของโลหะ แต่เมื่อความหนาแน่นมีความสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแต่ละพื้นที่จุดศูนย์กลางของการทำลายล้างจะเกิดขึ้นในที่สุดนำไปสู่การทำลายตัวอย่างโดยรวมโดยสมบูรณ์

ความต้านทานแรงดึงได้รับการประเมินโดยลักษณะดังต่อไปนี้:

1) ความต้านทานแรงดึง;

2) ขีดจำกัดของสัดส่วน

3) ความแข็งแรงของผลผลิต;

4) ขีด จำกัด ยืดหยุ่น;

5) โมดูลัสยืดหยุ่น;

6) ความแข็งแรงของผลผลิต;

7) การยืดตัวสัมพัทธ์;

8) การยืดตัวที่สม่ำเสมอสัมพัทธ์;

9) การหดตัวสัมพัทธ์หลังการแตกร้าว

ความต้านทานแรงดึง (ความต้านทานแรงดึงหรือความต้านทานแรงดึง) σในคือแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกับโหลดที่ยิ่งใหญ่ที่สุด อาร์ วีก่อนการทำลายตัวอย่าง:

σ ใน = P ใน /F 0,

คุณลักษณะนี้จำเป็นสำหรับโลหะ

ขีดจำกัดสัดส่วน (σ พีซี) – นี่คือแรงดันไฟฟ้าแบบมีเงื่อนไข รพีซีซึ่งการเบี่ยงเบนจากการพึ่งพาสัดส่วนของสะพานระหว่างการเสียรูปและโหลดเริ่มต้นขึ้น มันเท่ากับ:

σ ชิ้น = P ชิ้น /F 0.

ค่านิยม σ พีซีมีหน่วยวัดเป็น kgf/mm 2 หรือเป็น MPa .

ความแข็งแรงของผลผลิต (σ t) คือแรงดันไฟฟ้า ( รที) โดยที่ตัวอย่างเสียรูป (ไหล) โดยไม่มีภาระเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด คำนวณโดยสูตร:

σ เสื้อ = รที / เอฟ 0 .

ขีดจำกัดแบบยืดหยุ่น (σ 0.05) คือความเค้นที่ทำให้ความยืดตกค้างถึง 0.05% ของความยาวของส่วนการทำงานของตัวอย่าง ซึ่งเท่ากับฐานของสเตรนเกจ ขีดจำกัดแบบยืดหยุ่น σ 0.05 คำนวณโดยใช้สูตร:

σ 0,05 = ป 0,05 /ฟ 0 .

โมดูลัสยืดหยุ่น (อี) – อัตราส่วนของการเพิ่มขึ้นของความเค้นต่อการเพิ่มขึ้นของการยืดที่สอดคล้องกันภายในขีดจำกัดของการเปลี่ยนรูปยืดหยุ่น มันเท่ากับ:

อี = พ 0 /l เฉลี่ย F 0 ,

ที่ไหน ∆ร– เพิ่มภาระ; ลิตร 0– ความยาวโดยประมาณเบื้องต้นของตัวอย่าง ฉันแต่งงานแล้ว– การเพิ่มขึ้นโดยเฉลี่ยของการยืดตัว เอฟ 0 – พื้นที่หน้าตัดเริ่มต้น

ความแข็งแรงของผลผลิต (มีเงื่อนไข) – ความเครียดที่ความยืดคงเหลือถึงร้อยละ 0.2 ของความยาวของส่วนตัวอย่างบนชิ้นงาน โดยพิจารณาถึงความยืดเมื่อกำหนดลักษณะเฉพาะที่ระบุ

คำนวณโดยสูตร:

σ 0,2 = ป 0,2 /ฟ 0 .

ความแข็งแรงของผลผลิตแบบมีเงื่อนไขจะถูกกำหนดเฉพาะในกรณีที่ไม่มีที่ราบสูงของผลผลิตบนแผนภาพแรงดึง

ส่วนขยายสัมพัทธ์ (หลังจากการเลิกรา) – หนึ่งในลักษณะของความเป็นพลาสติกของวัสดุเท่ากับอัตราส่วนของการเพิ่มขึ้นของความยาวโดยประมาณของตัวอย่างหลังจากการถูกทำลาย ( ฉันถึง) ถึงความยาวประสิทธิผลเริ่มต้น ( ลิตร 0) เป็นเปอร์เซ็นต์:

การยืดตัวที่สม่ำเสมอแบบสัมพัทธ์ (δ ร)– อัตราส่วนการเพิ่มความยาวของส่วนทำงานของตัวอย่างหลังการแตกต่อความยาวก่อนการทดสอบ แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์

การหดตัวแบบสัมพัทธ์หลังการแตกร้าว (ψ ) เช่นเดียวกับการยืดตัวสัมพัทธ์เป็นลักษณะของความเป็นพลาสติกของวัสดุ กำหนดเป็นอัตราส่วนผลต่าง เอฟ 0 และขั้นต่ำ ( เอฟถึง) พื้นที่หน้าตัดของตัวอย่างหลังการทำลายถึงพื้นที่หน้าตัดเริ่มต้น ( ฉ 0) แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์:

ความยืดหยุ่น – คุณสมบัติของโลหะในการคืนรูปร่างเดิมหลังจากกำจัดแรงภายนอกที่ทำให้เกิดการเสียรูป ความยืดหยุ่นเป็นคุณสมบัติที่ตรงกันข้ามกับความเป็นพลาสติก

บ่อยครั้งมากในการกำหนดความแข็งแรงใช้วิธีการที่เรียบง่ายไม่ทำลายล้าง - การวัดความแข็ง

ภายใต้ ความแข็ง วัสดุเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นความต้านทานต่อการแทรกซึมของสิ่งแปลกปลอมเข้าไปนั่นคือในความเป็นจริงแล้ว ความแข็งยังบ่งบอกถึงความต้านทานต่อการเสียรูปอีกด้วย มีหลายวิธีในการกำหนดความแข็ง ที่พบบ่อยที่สุดคือ วิธีบริเนล (รูปที่ 3.3 ก) เมื่อตัวทดสอบถูกบังคับ รลูกบอลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง ดี. เลขความแข็งบริเนล (HH) คือโหลด ( ร) หารด้วยพื้นที่ผิวทรงกลมของงานพิมพ์ (เส้นผ่านศูนย์กลาง ง).

ข้าว. 3.3. การทดสอบความแข็ง:

ก – ตามข้อมูลของบริเนล; b – ตามข้อมูลของ Rockwell; c – ตามคำกล่าวของ Vickers

เมื่อทำการวัดความแข็ง วิธีวิคเกอร์ (รูปที่ 3.3, b) ปิรามิดเพชรถูกกดเข้าไป โดยการวัดเส้นทแยงมุมของตัวพิมพ์ ( ง) ตัดสินความแข็ง (HV) ของวัสดุ

เมื่อทำการวัดความแข็ง วิธีร็อคเวลล์ (รูปที่ 3.3,c) หัวกดจะเป็นทรงกรวยเพชร (บางทีก็เป็นลูกเหล็กเล็กๆ) ตัวเลขความแข็งเป็นส่วนกลับของความลึกของการเยื้อง ( ชม.). มีสามระดับ: A, B, C (ตาราง 3.1)

วิธีมาตราส่วน Brinell และ Rockwell B ใช้สำหรับวัสดุเนื้ออ่อน วิธีมาตราส่วน Rockwell C สำหรับวัสดุแข็ง และวิธีการมาตราส่วน Rockwell A และวิธี Vickers สำหรับชั้นบาง (แผ่น) วิธีการวัดความแข็งที่อธิบายไว้แสดงถึงความแข็งเฉลี่ยของโลหะผสม ในการพิจารณาความแข็งของส่วนประกอบโครงสร้างแต่ละส่วนของโลหะผสมนั้นจำเป็นต้องจำกัดการเสียรูปอย่างรวดเร็วโดยกดปิรามิดเพชรเข้าไปในสถานที่บางแห่งซึ่งพบได้บนส่วนที่บางที่กำลังขยาย 100 - 400 เท่าภายใต้ภาระที่น้อยมาก (ตั้งแต่ 1 ถึง 100 gf) ตามด้วยการวัดเส้นทแยงมุมของการเยื้องใต้กล้องจุลทรรศน์ ลักษณะผลลัพธ์ ( เอ็น) ถูกเรียก ความแข็งระดับไมโคร และแสดงลักษณะความแข็งของส่วนประกอบโครงสร้างบางอย่าง

ตารางที่ 3.1 สภาวะการทดสอบเมื่อวัดความแข็งโดยใช้วิธีร็อคเวลล์

เงื่อนไขการทดสอบ		การกำหนดต ความแน่วแน่
ร= 150 กก.ฟ
เมื่อทดสอบกับกรวยเพชรและโหลด ร= 60 กก.ฟ
เมื่อกดลูกเหล็กและโหลด ร= 100 กก.ฟ

ค่า NV วัดเป็น kgf/mm 2 (ในกรณีนี้ มักไม่ระบุหน่วย) หรือใน SI - เป็น MPa (1 kgf/mm 2 = 10 MPa)

ความหนืด – ความสามารถของโลหะในการต้านทานแรงกระแทก ความหนืดเป็นคุณสมบัติตรงกันข้ามกับความเปราะ ในระหว่างการทำงาน ชิ้นส่วนหลายชิ้นไม่เพียงประสบกับโหลดคงที่เท่านั้น แต่ยังต้องเผชิญกับโหลดกระแทก (ไดนามิก) อีกด้วย ตัวอย่างเช่น ล้อตู้รถไฟและรถยนต์ที่ข้อต่อรางรถไฟจะรับภาระดังกล่าว

การทดสอบแบบไดนามิกประเภทหลักคือการรับแรงกระแทกของตัวอย่างที่มีรอยบากภายใต้สภาวะการโค้งงอ การโหลดแรงกระแทกแบบไดนามิกจะดำเนินการกับตัวขับกระแทกลูกตุ้ม (รูปที่ 3.4) เช่นเดียวกับโหลดที่ตกลงมา ในกรณีนี้งานที่ใช้ไปกับการเสียรูปและการทำลายตัวอย่างจะถูกกำหนด

โดยทั่วไปแล้ว ในการทดสอบเหล่านี้จะพิจารณางานเฉพาะที่ใช้ในการเปลี่ยนรูปและทำลายตัวอย่าง คำนวณโดยใช้สูตร:

แคนซัส =เค/ ส 0 ,

ที่ไหน แคนซัส– งานเฉพาะ; ถึง– งานรวมของการเสียรูปและการทำลายตัวอย่าง J; ส 0– ภาพตัดขวางของตัวอย่างที่บริเวณรอยบาก, m 2 หรือ cm 2

ข้าว. 3.4. การทดสอบแรงกระแทกโดยใช้เครื่องทดสอบแรงกระแทกลูกตุ้ม

วัดความกว้างของชิ้นงานทดสอบทุกประเภทก่อนการทดสอบ ความสูงของตัวอย่างที่มีรอยบากรูปตัว U และ V จะถูกวัดก่อนการทดสอบ และด้วยรอยบากรูป T หลังการทดสอบ ดังนั้นงานเฉพาะของการเสียรูปแตกหักจึงแสดงโดย KCU, KCV และ KST

ความเปราะบาง โลหะที่อุณหภูมิต่ำเรียกว่า ความเปราะบางเย็น . ค่าความทนแรงกระแทกต่ำกว่าอุณหภูมิห้องอย่างมาก

คุณสมบัติทางกลของวัสดุอีกประการหนึ่งก็คือ ความแข็งแรงเมื่อยล้า. บางส่วน (เพลา ก้านสูบ สปริง สปริง ราง ฯลฯ) ในระหว่างการปฏิบัติงาน ภาระที่เปลี่ยนแปลงขนาดหรือพร้อมกันทั้งขนาดและทิศทาง (สัญญาณ) ภายใต้อิทธิพลของแรงสลับ (การสั่นสะเทือน) ดังกล่าว โลหะดูเหมือนจะเหนื่อย ความแข็งแรงลดลง และชิ้นส่วนก็พังทลายลง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า เหนื่อยโลหะและผลที่ตามมาคือการแตกหักคือความเมื่อยล้า สำหรับรายละเอียดดังกล่าวคุณจำเป็นต้องรู้ ขีดจำกัดความอดทน, เหล่านั้น. ขนาดของความเค้นสูงสุดที่โลหะสามารถทนได้โดยไม่ทำลายตามจำนวนการเปลี่ยนแปลงโหลดที่กำหนด (รอบ) ( เอ็น).

ความต้านทานการสึกหรอ –ความต้านทานของโลหะต่อการสึกหรอเนื่องจากกระบวนการเสียดสี นี่เป็นลักษณะเฉพาะที่สำคัญ ตัวอย่างเช่น สำหรับวัสดุหน้าสัมผัส และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับลวดสัมผัสและองค์ประกอบสะสมกระแสไฟฟ้าของตัวสะสมกระแสไฟฟ้าของการขนส่งด้วยไฟฟ้า การสึกหรอประกอบด้วยการแยกอนุภาคแต่ละตัวออกจากพื้นผิวที่เสียดสี และถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงขนาดทางเรขาคณิตหรือมวลของชิ้นส่วน

ความแข็งแรงเมื่อยล้าและความต้านทานต่อการสึกหรอให้ภาพที่สมบูรณ์ที่สุดเกี่ยวกับความทนทานของชิ้นส่วนในโครงสร้าง และความเหนียวบ่งบอกถึงความน่าเชื่อถือของชิ้นส่วนเหล่านี้