آموزش ساخت منحنی تنش کرنش برای فلزات

آموزش ساخت منحنی تنش کرنش برای مواد مختلف (فلزات، سرامیک‌ها، پلاستیک‌ها و…) به زبانی ساده، به دو عامل تنش و کرنش مرتبط می‌باشد.

اما در کل ساخت منحنی تنش کرنش برای فلزات با ساخت منحنی تنش کرنش برای پلاستیک‌ها یا ساخت منحنی تنش کرنش برای فلزات با ساخت منحنی تنش کرنش برای سرامیک‌ها و…، از نظر شکل‌پذیری و شکننده بودن ماهیت ماده متفاوت می‌باشد که در این مقاله به طور کامل مواردی را که به منحنی تنش-کرنش مربوط می‌شود را توضیح خواهیم داد. پس با ما تا آخر مقاله همراه باشید.

انواع خواص و دسته بندی مواد را اگر نمی شناسید با کلیک روی عنوان آن را مطالعه کنید.

منحنی تنش-کرنش چیست؟

منحنی‌های تنش-کرنش یک معیار گرافیکی بسیار مهم برای خواص مکانیکی مواد است و همه دانشجویان مکانیک و عمران و در کل آن دسته از دوستانی که با مقاومت مواد و در اصطلاح مقاومت مصالح سرو کار دارند، اغلب با آن‌ها روبرو می‌شوند. با این حال، این نمودارها برای همه مواد یکسان نبوده و به ویژه در مورد مواد شکل پذیر یا نرم‌تر که می‌توانند در طول آزمایش تغییرات هندسی قابل توجهی را داشته باشند، متفاوت می‌باشد. شکل زیر نمودار تنش-کرنش مربوط به فولاد کم کربن و آلومینیوم خالص را نشان می‌دهد که مورد گفته شده در شکل منحنی کاملا مشهود و مشخص می‌باشد.

علاوه از نموار بالا می‌توانید مقایسه رفتار تنش-کرنش پلیمرها و مقایسه آن‌ها با فلزات را از اینجا ببینید.

انواع روش‌های ساخت و تولید قطعات فلزی

همانطوری که در مقاله شکلدهی فلزات و تقسیم‌بندی آنها نیز توضیح داده شده است، روش‌های تولید یا ساخت و تولید قطعات فلزی در کل به سه دسته تقسیم می‌شوند، که عبارتند از:

• کم کردن از ماده فلزی
• افزایش ماده فلزی
• ثابت نگه داشتن جرم ماده فلزی

کم کردن ماده فلزی

همه روش‌های تولید قطعات فلزی که از قبل مثل خراطی یا تراش خراطی که برای چوب به کار می‌رود جزو این دسته محسوب می‌شوند. (مثل تراشکاری، فرزکاری، سنگزنی در حد کم و…)

همچنین روش‌هایی جدید که به انواع سی ان سی- CNC برای این کار ساخته شده‌اند نیز جزو روش‌های غیر سنتی برای ساخت وتوید قطعات فلزی می‌باشند. (مثل ای دی‌ام – EDM، برش واتر جت – WCM و…)

افزایش ماده فلزی

افزایش ماده فلزی نیز شامل اتصالات دائم و اتصالات موقت می‌باشند. (مثل پیچ، پرچ، لحیم کاری، چسب و …)

برای مطالعه بیشتر در مورد اتصالات دائم و اتصالات موقت با کلیک روی عنوان مقاله زیر اطلاعات بیشتری را کسب نمائید.

مقاله اتصالات (دائم و موقت) و اجزای آن در صنایع مختلف

ثابت نگه داشتن جرم ماده فلزی

ثابت نگه داشتن جرم ماده فلزی برای شکل دهی ورق، توده فلز و روش‌های شکل‌گیری می‌باشد. مثلا ریخته گری جزو گروه شکل‌گیری می‌باشد که با ریختن مذاب داخل قالب شکل قالب را به خود می‌گیرد. یا روش‌های فورج یا آهنگری، اکستروژن و… جزو روش‌های شکل دهی توده‌ای فلز می‌باشند. همچنین برای ورق‌ها نیز خم کاری و کشش جزو این روش‌ها می‌باشند.

برای مطالعه بیشتر در مورد شکل دهی اینجا کلیک کنید و مطالعه کنید.

پارامترهای مهم در شکل دهی فلزات

مهمترین پارامترهای درگیر در شکل دادن یا شکل دهی فلزات که در ساخت منحنی تنش کرنش برای مواد مختلف نقش دارند، عبارتند از:

• جنس قطعه (هر ماده‌ای تنش تسلیم مشخصی دارد و برای غلبه بر این تنش تسلیم و وارد شدن به ناحیه پلاستیک نیروی مشخص برای تغییر شکل می‌خواهیم.)
• هندسه قطعه (مخصوصا در شکل دهی توده‌ای فلزات)
• انتخاب فرایند و ابزار مناسب کار
• استفاده از روان کارها و موادی مناسب در فصل مشترک برخورد ماده و ابزار
• تنش‌ها در منطقه تغییر شکل
• کرنش، نرخ کرنش و دما در حین انجام تغییر شکل

تنش چیست؟

اولین مورد برای ساخت منحنی تنش کرنش برای مواد مختلف تنش می‌باشد. اگر به جسم نیروی خارجی وارد شود (کششی، فشاری و…)، اتم‌ها و مولکول‌های ماده در مقابل آن عکس العملی خلاف آن نشان خواهند داد که به این مورد تنش گفته می‌شود.

شکل زیر تنش کششی و فشاری در حالت تک محور را نشان می‌دهد. در رابطه‌ای که نشان داده شده است، سیگما یا تنش (ƃ) برابر است با نیروی (P) وارد بر سطح (A).

کرنش چیست؟

دومین مورد برای ساخت منحنی تنش کرنش برای مواد مختلف تنش می‌باشد کرنش همان تغییر طول نسبت به طول اولیه است. یعنی وقتی قطعه‌ای تحت بارگزاری قرار گرفت، چقدر تغییر طول داشتیم. برای تغییرات طول بهتر است تغییرات لحظه به لحظه در نظر گرفته شود که جواب دقیقی را به ما می‌دهد و نه تغییر طول قبل از تست و بعد از تست. رابطه کرنش مهندسی به قرار زیر است.

سطح زیر نمودار تنش کرنش بیانگر چیست (مثال عملی برای آموزش ساخت منحنی تنش کرنش برای فلزات)

با یک مثال موارد گفته شده را بهتر توضیح می‌دهیم.

نمودار تنش-کرنش و ماده‌ای که می‌خواهیم تحت کشش قرار بگیرد را در شکل زیر می‌بینید.

اگر نمودار زیر را برای قطعه یا ماده فولادی که در شکل بالایی است، در نظر داشته باشیم، نمودار تنش-کرنش مرحله به مرحله تا تنش نهایی ماده و شکست به قرار زیر است.

نقطه تسلیم در نمودار تنش کرنش

نقطه تسلیم ماده جایی است که بعد از این ماده به ناحیه پلاستیک و تغییر شکل دائمی وارد می‌شود. یعنی اگر ما قبل از این مرحله تا رسیدن به این نقطه قطعه را تحت نیروی کششی و فشاری قرار دهیم، ماده به مرحله تغییر شکل دائمی وارد نشده و تغییر شکل‌ها کلا در ناحیه الاستیک و برگشت پذیر خواهد بود.

تنش نهایی یا حداکثر مقاومت نهایی

تنش نهایی یا حداکثر مقاومت نهایی یک ماده در ناحیه پلاستیک، که بعد از این ماده به ناحیه گلویی شدن و در واقع آخرین تغییراتی که می‌تواند تحمل کند وارد می‌شود.

شکست

نقطه شکست ماده جایی است که قطعه یا ماده مورد نظر بعد از گلویی شدن به دو قسمت تقسیم می‌شود.

رابطه بین تنش و کرنش در محدوده الاستیک

میزان تغییر شکل یا کرنش بوجود آمده در سازه تابعی از میزان بار یا تنش اعمالی به سازه است. در بارگذاري کششی ساده و در مقادیر کم بارگذاري، رابطه تنش با کرنش خطی است. به این رابطه، قانون هوك گویند. و به ضریب E مدول الاستیسیته یا مدول یانگ (modulus s’Yang) گویند.
σ = Eε
چون کرنش بی بعد است، واحد مدول الاستیسیته پاسکال می باشد که معمولا در مرتبه GPa است. مدول یانگ براي فلزات بین GPa 407-45 براي منیزیم و تنگستن در تغییر است.
به تغییر شکل هایی که در آن تنش و کرنش طبق قانون هوك متناسبند، تغییر شکل الاستیک گویند. تعبیر فیزیکی E همان سفتی و یا stiffness است که معرف مقاومت ماده در برابر تغییر شکل هاي الاستیک است.
مدول الاستیک در محاسبه تغییر شکل هاي مهندسی بسیار مهم , این تغییر شکل ها به عنوان تغییر شکل هاي دائمی نیستند. همان طوری که در بالا نیز اشاره شد، یعنی با برداشتن بار قطعه به شکل اولیه خود بر می گردد.

نمودار تنش-کرنش برای مواد شکل پذیر (Ductile) و شکننده (Brittle)

در شکل زیر نمودار تنش-کرنش برای مواد شکل پذیر (Ductile) و شکننده (Brittle) نشان داده شده است. هم چنانچه در نمودار با رنگ قرمز مشخص است، قطعاتی مثل سرامیک‌ها بعد از وارد شدن به نقطه تسلیم شکسته و وارد ناحیه پلاستیک نمی‌شوند. در حالیکه در مواد شکل پذیر یا نرم‌تر مثل آلومینیوم در فلزات و پلاستیک‌ها قسمت ناحیه پلاستیک را به صورت بیشتر و متفاوت‌تر داشته و به نقطه تسلیم و شکست وارد می‌شوند.

تنش-کرنش حقیقی (واقعی) و تنش-کرنش مهندسی

اگر بخواهیم تفاوت تنش- کرنش حقیقی یا تنش-کرنش مهندسی را مطابق شکل زیر مقایسه کنیم، تفاوت به شکل بارزی مشخص می‌باشد. در تنش-کرنش حقیقی ما بعد از نقطه تنش تسلیم نموداری را نمی‌بینیم، ولی در تنش-کرنش مهندسی بعد از این ناحیه مقداری را می‌بینیم که در حال پایین آمدن نمودار می‌باشد.

تنش مهندسی عبارت است از بار تحمل شده توسط نمونه، تقسیم بر یک سطح ثابت و کرنش مهندسی نیز یعنی طول اولیه و طول نهایی شکست و اختلاف بین آن‌ها می‌باشد. در حالی که در تنش حقیقی یا واقعی برای محاسبه تنش باید نیروی وارد شده یا بار تحمل شده بر مساحت سطح آنی و لحظه‌ای تقسیم شود و همچنین کرنش مهندسی نیز باید تغییر طول به صورت لحظه‌ای محاسبه شود.

در واقع تنش واقعی همیشه تا ناحیه پلاستیک افزایش می‌یابد، در حالی که تنش مهندسی پس از عبور از حداکثر افزایش می‌یابد و سپس کاهش می‌یابد.

نتیجه گیری

در این مقاله تقریبا عوامل مختلف درگیر در ساخت منحنی تنش کرنش برای مواد مختلف ذکر شد. پس اگر ما بخواهیم به عنوان یک مهندس نمودار تنش-کرنش ماده‌ای را بدست بیاوریم، حداقل چیز‌هایی که در این مورد لازم است را یاد گرفتیم. در آینده نزدیک این مقاله تکمیل‌تر و با جزئیات بیشتر خواهد بود.

منبع

wikipedia

https://research.iaun.ac.ir/pd/montazerolghaem/pdfs/UploadFile_1108.pdf

mit

---

مقاله تخصصی قبلی سایت آگهی تخصصم اینه – فنی و مهندسی (مقاله میکرومتر اینچی و نحوه خواندن آن) را می توانید با کلیک روی عنوان آن بخوانید.

شرایط نوشتن و فرستادن مقاله در سایت تخصصم اینه را (اینجا) مشاهده نمایید.

---

برای دریافت مقالات بعدی سایت ایمیل خود را در فرم زیر وارد کنید.

---

لینک کوتاه مقاله برای انتشار در شبکه های مختلف اجتماعی

https://takhasosameine.ir/?p=14853

---

اینستاگرام و تلگرام ایده، نوآوری، خلاقیت و تکنولوژی ما هست

https://www.instagram.com/takhasosameine/

https://t.me/ineft