ستة اختبارات شائعة لقوة المواد

تلعب قوة المادة دورًا محوريًا في تحديد كيفية تصرف المادة في ظل الضغوط والظروف المختلفة.

سواء كنت تصمم مبنى, جزء الآلة, أو هيكل بأكمله, إن معرفة كيفية أداء المادة تحت القوة أمر بالغ الأهمية.

يتم استخدام أنواع مختلفة من اختبارات المواد لقياس أنواع مختلفة من القوة, وكل اختبار يخدم غرضًا فريدًا.

فيما يلي ستة اختبارات شائعة لقوة المواد, وتسليط الضوء على منهجياتهم, القياسات الرئيسية, والتطبيقات.

1. اختبار الشد

يعد اختبار الشد أحد أكثر الطرق المستخدمة على نطاق واسع لتقييم الخواص الميكانيكية للمواد, وخاصة قدرتها على تحمل قوى التمدد أو الشد.

يتضمن هذا الاختبار تطبيق حمل شد متزايد تدريجيًا على عينة المادة (عادة ما تكون على شكل الدمبل) حتى ينكسر.

عن طريق تسجيل الحمل المطبق, معامل مرن, قوة الخضوع, قوة الشد, ليونة, خصائص تصلب الإجهاد, معامل يونغ, ويمكن حساب نسبة بواسون.

يتم إجراء الاختبار باستخدام آلة اختبار الشد, تُعرف أيضًا باسم آلة الاختبار العالمية (يو تي إم).

المعلمات الرئيسية المقاسة:

• قوة العائد: نقطة الضغط التي تبدأ عندها المادة بالتشوه من الناحية اللدنة (تشوه دائم). على سبيل المثال, للصلب منخفض الكربون, قوة الخضوع عادة ما تكون حولها 250 MPa.
• قوة الشد القصوى (UTS): أقصى ضغط يمكن أن تتحمله المادة قبل أن تنكسر.
  فُولاَذ, على سبيل المثال, قد يكون لديك UTS تتراوح من 400 الآلام والكروب الذهنية ل 700 MPa اعتمادا على سبيكة.
• معامل مرن (معامل يونغ): نسبة الإجهاد إلى الانفعال داخل المنطقة المرنة, مما يدل على صلابة المواد. للصلب, معامل يونغ هو عادة 200 المعدل التراكمي.
• استطالة: نسبة الزيادة في طول المادة قبل أن تنكسر. المواد ذات الاستطالة العالية, مثل الصلب المرن, يمكن أن تطول بأكثر من 10% قبل الفشل.

يعد اختبار الشد ضروريًا للمواد المستخدمة في المكونات الهيكلية, مثل المعادن, البلاستيك, والمواد المركبة.
فهو يوفر بيانات قيمة حول كيفية تصرف المواد تحت التوتر في تطبيقات العالم الحقيقي, من الكابلات في الجسور إلى المكونات في الطائرات.

2. اختبار الضغط

يقيم اختبار الضغط قدرة المادة على تحمل قوى الضغط - القوى التي تدفع المادة أو تضغط عليها.
الاختبار مفيد بشكل خاص للمواد الهشة, مثل الخرسانة, السيراميك, وبعض المعادن.

في هذا الاختبار, يتم وضع عينة المادة في آلة اختبار الضغط, حيث يتم تطبيق الحمل حتى تتشوه المادة أو تفشل.

المعلمات الرئيسية المقاسة:

• قوة ضاغطة: أقصى حمل ضغط يمكن أن تتحمله المادة قبل حدوث الفشل.
  على سبيل المثال, عادةً ما تتمتع الخرسانة بقوة ضغط تبلغ 20-40 MPa, بينما يمكن أن تتجاوز الخرسانة عالية القوة 100 MPa.
• قوة السحق: النقطة التي تنكسر عندها المواد الهشة تحت الضغط.
  وهذا ينطبق على مواد مثل السيراميك أو المسبوكات, والتي قد تنكسر عند قوى ضغط منخفضة نسبيًا مقارنة بالمواد المرنة.

اختبار الضغط مهم بشكل خاص في البناء والهندسة المدنية, حيث تم تصميم مواد مثل الأعمدة الخرسانية والفولاذية لدعم الأحمال الكبيرة.

يضمن هذا الاختبار أن المواد يمكنها تحمل الأحمال الهيكلية الثقيلة دون فشل.

3. اختبار التعب

يعد اختبار التعب أمرًا بالغ الأهمية للمواد التي تتعرض لأحمال دورية أو متكررة, مثل تلك الموجودة في الآلات, مكونات السيارات, والطائرات.

غالبًا ما تتحمل المواد مستويات عالية من الضغط ولكنها قد تفشل في ظل دورات التحميل والتفريغ المتكررة.

في اختبار التعب, تتعرض المادة لدورات متكررة من الإجهاد حتى تفشل في النهاية.

الاختبار يحاكي ظروف العالم الحقيقي, حيث تتعرض الأجزاء لتقلبات الحمل مع مرور الوقت, مثل أجزاء المحرك في السيارة أو شفرات التوربينات في محرك الطائرة.

المعلمات الرئيسية المقاسة:

• قوة التعب: أقصى ضغط يمكن أن تتحمله المادة لعدد معين من الدورات قبل الفشل.
  على سبيل المثال, قد تتمتع المكونات الفولاذية في قطع غيار السيارات بقوة كلال تبلغ حوالي 250 MPa.
• منحنى S-N (الإجهاد مقابل. عدد الدورات): يرسم هذا المنحنى العلاقة بين الضغط المطبق وعدد الدورات التي يمكن للمادة أن تتحملها قبل الفشل.
  من المعروف أن المواد مثل سبائك التيتانيوم تتمتع بقوة إجهاد عالية, مما يجعلها مناسبة لتطبيقات الفضاء الجوي.

يعد اختبار التعب أمرًا حيويًا في الصناعات التي تتعرض فيها المكونات لضغوط دورية, بما في ذلك السيارات, الفضاء الجوي, والتصنيع, حيث تحتاج الأجزاء إلى تحمل ملايين دورات التحميل دون فشل.

4. اختبار الالتواء

يقيس اختبار الالتواء قدرة المادة على تحمل قوى الالتواء أو الدوران. تم إصلاح المادة في نهاية واحدة, ويتم تطبيق عزم الدوران على الطرف الآخر, مما تسبب في تحريفها.

يوفر هذا الاختبار نظرة ثاقبة على قوة القص للمادة, خصائص تشوه البلاستيك, والاستجابة للضغوط الدورانية.

المعلمات الرئيسية المقاسة:

• قوة القص: قدرة المادة على مقاومة قوى القص. على سبيل المثال, عادةً ما يتمتع الفولاذ بقوة قص تبلغ حوالي 300 MPa, في حين أن المواد الأكثر ليونة مثل الألومنيوم قد يكون لها قوة قص أقل.
• معامل الالتوائية: مقاومة المادة للالتواء, مما يساعد في تحديد الصلابة الكلية للمواد المستخدمة في المكونات الدوارة مثل الأعمدة.
• تشوه البلاستيك: درجة الالتواء الدائم أو التشوه قبل أن تنكسر المادة.
  سوف تخضع المواد المرنة إلى التواء كبير قبل الفشل, بينما تفشل المواد الهشة بسرعة بعد حدوث كميات صغيرة من التشوه.

يعد اختبار الالتواء أمرًا بالغ الأهمية لتقييم المواد المستخدمة في مكونات مثل الأعمدة, البراغي, والأنابيب التي تواجه قوى الدوران في الآلات, السيارات, والتطبيقات الفضائية.

5. اختبار نيك بريك

اختبار كسر نيك هو اختبار تأثير متخصص يستخدم في المقام الأول لتقييم قوة الوصلات الملحومة.

يتم إنشاء درجة صغيرة في المنطقة الملحومة, ومن ثم يتم ضرب العينة بقوة تأثير.

يحدث الكسر عادةً عند المفصل الملحوم والطريقة التي يمكن أن تشير بها كسور المواد إلى جودة اللحام.

المعلمات الرئيسية المقاسة:

• قوة اللحام: يقيس هذا قدرة المفصل الملحوم على مقاومة الكسر تحت التأثير. سوف تظهر اللحامات القوية الحد الأدنى من الكسر والحد الأقصى لامتصاص الطاقة.
• صلابة التأثير: قدرة المادة على امتصاص الطاقة قبل أن تفشل. المواد ذات المتانة العالية سوف تقاوم الكسر الهش حتى في الظروف القاسية.

يعد هذا الاختبار ضروريًا للصناعات التي تعتمد على اللحام من أجل السلامة الهيكلية, مثل بناء السفن, بناء, وتصنيع خطوط الأنابيب.

6. اختبار الزحف

يقوم اختبار الزحف بتقييم كيفية تشوه المادة تحت حمل ثابت على مدى فترة طويلة, وخاصة في درجات الحرارة المرتفعة.

للمواد المعرضة لضغوط طويلة المدى, كما هو الحال في محطات الطاقة أو محركات الطيران, فهم سلوك الزحف أمر بالغ الأهمية.

أثناء الاختبار, تتعرض المادة لضغط مستمر عند درجة حرارة مرتفعة, وكمية التشوه (زحف) يتم قياسه مع مرور الوقت.

المعلمات الرئيسية المقاسة:

• معدل الزحف: معدل تشوه المادة تحت الضغط مع مرور الوقت. غالبًا ما تتمتع المواد مثل السبائك الفائقة المستخدمة في المحركات النفاثة بمعدلات زحف منخفضة جدًا لضمان الأداء عند درجات الحرارة المرتفعة.
• قوة الزحف: قدرة المادة على مقاومة التشوه تحت الضغط المستمر في درجات حرارة عالية.
• الوقت ودرجة الحرارة والتحول (تي تي تي) منحنى: يوضح هذا المنحنى كيف تؤثر درجة الحرارة والوقت على معدل زحف المادة.

يعد اختبار الزحف مهمًا بشكل خاص في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية مثل التوربينات, المحركات, والمفاعلات, حيث يجب أن تتحمل المواد الضغوط الحرارية والميكانيكية الطويلة دون فشل.

خاتمة

اختبارات القوة الستة هذه هي الشد, ضاغطة, تعب, التواء, كسر نيك, والزحف - تقديم رؤى مهمة حول كيفية أداء المواد تحت أنواع مختلفة من الضغط.

يخدم كل اختبار غرضًا فريدًا, سواء تقييم مقاومة المادة للتوتر, ضغط, الإجهاد الدوري, قوى التواء, أو تشوه درجة الحرارة العالية.

من خلال فهم نقاط القوة والضعف في المواد من خلال هذه الاختبارات, يمكن للمهندسين اتخاذ قرارات أكثر استنارة عند اختيار المواد لتطبيقات محددة.

ضمان السلامة, متانة, والموثوقية عبر مجموعة من الصناعات.

 

كيفية طلب المنتجات من Deze？