1. مقدمه
استرس و کرنش مفاهیم اساسی در علوم مواد و مهندسی مکانیک هستند, نقش مهمی در تعیین عملکرد و عدم موفقیت مواد در زیر بار دارد.
این خصوصیات در طراحی ساختاری ضروری است, تولید, و تجزیه و تحلیل شکست.
استرس به مقاومت داخلی اشاره دارد که یک ماده در هر واحد در هنگام قرار گرفتن در معرض نیروهای خارجی ایجاد می شود, در حالی که کرنش تغییر شکل مواد را در پاسخ به آن استرس اندازه گیری می کند.
درک رابطه آنها به مهندسین کمک می کند تا مواد مناسب را انتخاب کنند, نقاط شکست را پیش بینی کنید, و بهینه سازی طرح ها برای برنامه های مختلف, از پل ها و هواپیما گرفته تا میکروالکترونیک.
در این مقاله یک تجزیه و تحلیل عمیق از استرس و کرنش ارائه شده است, بررسی تعاریف آنها, فرمولاسیون ریاضی, روشهای تست, عوامل تأثیرگذار, و کاربردهای صنعتی.
2. اصول استرس و کرنش
استرس چیست?
استرس (بوها) آیا نیرویی است که در هر واحد در یک ماده اعمال می شود. این میزان چگونگی مقاومت نیروهای داخلی در برابر بارهای خارجی را تعیین می کند و از نظر ریاضی بیان می شود:
σ = f ÷ a
کجا:
- اف نیروی کاربردی است (ن),
- الف مقطعی است (m²).
انواع استرس
- استرس کششی: مواد را از هم جدا می کند, افزایش طول آن (به عنوان مثال, کشش سیم فولادی).
- استرس فشاری: مواد را با هم فشار می دهد, کاهش طول آن (به عنوان مثال, فشرده سازی یک ستون بتونی).
- استرس برشی: باعث می شود لایه های مجاور مواد از کنار یکدیگر بکشند (به عنوان مثال, نیروهایی که روی اتصالات پیچیده عمل می کنند).
- استرس پیچشی: نتیجه نیروهای پیچ خورده (به عنوان مثال, گشتاور به یک شافت چرخان اعمال می شود).
انواع استرس
کرنش چیست?
فشار (اشمیه) اندازه گیری تغییر شکل مواد به دلیل استرس کاربردی است. این یک مقدار بدون ابعاد است که نشان دهنده نسبت تغییر در طول به طول اصلی است:
e = ΔL ÷ l0
کجا:
- ΔL آیا تغییر طول است (متر),
- L0 طول اصلی است (متر).
انواع کرنش
- فشار: ناشی از استرس کششی یا فشاری.
- فشار: نتایج حاصل از اعوجاج زاویه ای.
3. رابطه استرس در مقابل. فشار
درک رابطه بین استرس و فشار در علم و مهندسی مواد اساسی است.
این رابطه به پیش بینی چگونگی پاسخ مواد به نیروهای خارجی کمک می کند, اطمینان از یکپارچگی ساختاری و قابلیت اطمینان در برنامه های مختلف, از پل ها و هواپیما گرفته تا کاشت پزشکی و محصولات مصرفی.
قانون هوک: رابطه الاستیک
در منطقه الاستیک, بیشتر مواد نمایشگاه A رابطه خطی بین استرس (سیگما) و فشار (e varepsilone), اداره شده توسط قانون هوک:
σ = e ⋅ e
کجا:
- σ = استرس (pa یا n/m²)
- E = مدول یانگ (مدول خاصیت خاصیت ارتجاعی, در PA)
- E = کرنش (بی بعد)
این معادله به این معنی است که در داخل یک ماده حد کشش, استرس و کرنش به طور مستقیم متناسب هستند.
وقتی بار برداشته شد, این ماده به شکل اصلی خود باز می گردد. ارزش مدول یانگ سفتی یک ماده را تعیین می کند:
- عالی (به عنوان مثال, فولاد, تیتانیوم) → سفت و انعطاف پذیر کمتر
- کم (به عنوان مثال, لاستیک, پلیمرها) → انعطاف پذیر و به راحتی تغییر شکل می یابد
به عنوان مثال, فولاد مدول جوان دارد 200 پوند GPA, آن را بسیار سخت تر از آلومینیوم می کند (70 پوند GPA) یا لاستیک (0.01 پوند GPA).
الاستیک در مقابل. تغییر شکل پلاستیک
در حالی که قانون هوک در مورد منطقه الاستیک, مواد در نهایت به a می رسند نقطه بازده جایی که تغییر شکل می شود دائمی.
- تغییر شکل الاستیک: پس از برداشتن استرس ، مواد به شکل اصلی خود باز می گردند.
- تغییر شکل پلاستیک: این ماده تحت تغییرات برگشت ناپذیر قرار می گیرد و به شکل اصلی آن باز نمی گردد.
منحنی استرس و نقاط کلیدی
الف منحنی استرس از لحاظ گرافیکی بیانگر نحوه رفتار یک ماده در زیر بار است.
- منطقه الاستیک: رابطه خطی به دنبال قانون هوک.
- نقطه بازده: سطح استرس که در آن تغییر شکل پلاستیک شروع می شود.
- منطقه پلاستیکی: تغییر شکل بدون افزایش استرس اضافی ادامه می یابد.
- استحکام کششی نهایی (UTS): حداکثر استرس که می تواند در برابر آن مقاومت کند.
- نقطه شکستگی: مواد تحت استرس بیش از حد شکسته می شوند.
برای مواد انعطافی (به عنوان مثال, آلومینیوم, فولاد ملایم), تغییر شکل پلاستیک قبل از خرابی رخ می دهد, اجازه جذب انرژی قبل از شکستن.
مواد شکننده (به عنوان مثال, شیشه ای, سرامیک) شکستگی ناگهان با تغییر شکل پلاستیکی کمی و بدون.
جدول خلاصه: رابطه استرس
| ویژگی | منطقه الاستیک | منطقه پلاستیکی |
|---|---|---|
| تعریف | استرس و کرنش متناسب است | تغییر شکل دائمی رخ می دهد |
| قانون حاکم بر | قانون هوک | رفتار پلاستیکی غیرخطی |
| برگشت پذیری | کاملاً برگشت پذیر | برگشت ناپذیر |
| نقطه بازده? | خیر | بله |
| مواد نمونه | فولاد (در محدوده الاستیک), لاستیک (فشار) | مس, آلومینیوم (تحت استرس زیاد) |
4. عوامل مؤثر بر استرس و رفتار کرنش
درک عواملی که تأثیر می گذارد استرس و فشار رفتار برای انتخاب مواد بسیار مهم است, طراحی, و تجزیه و تحلیل عملکرد.
عوامل مختلف ذاتی و بیرونی بر نحوه پاسخ مواد به نیروهای کاربردی تأثیر می گذارد, بر قدرت آنها تأثیر می گذارد, شکل پذیری, ارتجاعی, و رفتار کلی تحت استرس.
بیایید این عوامل را عمیقاً بررسی کنیم.
ترکیب مواد و ریزساختار
ساختار اتمی و مولکولی
ترتیب اتمها یا مولکول ها در یک ماده خصوصیات مکانیکی آن را تعیین می کند و, در نتیجه, رفتار آن تحت استرس.
مواد با انواع مختلف پیوند (کووانالی, فلزی, یونی, و غیره) پاسخ های متمایز به تغییر شکل را نشان می دهد.
- فلزات: به طور معمول انعطاف پذیری بالایی را نشان می دهد و قادر به تحمل تغییر شکل پلاستیک قابل توجهی قبل از خرابی هستند.
ساختار اتمی آنها (شبکه های کریستالی) امکان جابجایی را فراهم می کند, آنها را قادر می سازد استرس را جذب کنند و به طور موثر کرنش شوند. - پلیمرها: زنجیرهای مولکولی آنها بسته به نوع پلیمر متفاوت پاسخ می دهند (ترموپلاستیک, دما, الاستومرها).
به عنوان مثال, الاستومرها با استرس کم بسیار تغییر شکل دارند, در حالی که ترموست ها ممکن است بعد از قرار گرفتن در دمای زیاد یا استرس شکننده شوند. - سرامیک: اینها به طور معمول پیوندهای یونی یا کووالانسی دارند, که قدرت را فراهم می کند اما حرکت جابجایی را محدود می کند.
در نتیجه, سرامیک تمایل به شکستگی به راحتی تحت استرس دارد, با تغییر شکل پلاستیک کمی.
ساختار دانه
اندازه و جهت گیری دانه ها (ساختارهای کریستالی در فلزات) به طور قابل توجهی استرس در مقابل تأثیر می گذارد. رفتار کرنش:
- مواد ریز دانه: به طور معمول قدرت کششی بهبود یافته و مقاومت بالاتر در برابر شکستگی را نشان می دهد زیرا مرزهای دانه مانع حرکت جابجایی می شود.
- مواد درشت دانه: ممکن است انعطاف پذیری بالاتری را نشان دهد اما به دلیل فاصله بیشتر بین جابجایی ها ، مقاومت کششی کمتری دارد, آنها را بیشتر مستعد ابتلا به استرس می کند.
مراحل و آلیاژها
در آلیاژها, وجود مراحل مختلف یا توزیع این مراحل (به عنوان مثال, فریت و مروارید در فولاد) استرس و رفتار کرنش را تحت تأثیر قرار می دهد. به عنوان مثال:
- آلیاژهای فولادی: با تغییر ترکیب آلیاژ, مهندسان می توانند قدرت عملکرد مواد را تنظیم کنند, سختی, و سختی برای برآورده کردن نیازهای خاص عملکرد.
دما
دما نقش مهمی در تعیین خواص مکانیکی از مواد, تأثیرگذاری بر آنها ارتجاعی و پلاستیک رفتار.
- در دماهای بالا, فلزات به طور کلی انعطاف پذیر تر می شوند, و قدرت عملکرد آنها کاهش می یابد.
به عنوان مثال, آلومینیوم در دماهای بالا بسیار قابل انعطاف تر می شود, در حالی که فولاد ممکن است کاهش سختی را تجربه کند. - در دمای پایین, مواد تمایل به شکننده تر شدن دارند. به عنوان مثال, فولاد کربنی در دمای زیر -40 درجه سانتیگراد شکننده می شود, آن را بیشتر مستعد ابتلا به ترک خوردگی تحت استرس می کند.
انبساط حرارتی
مواد هنگام گرم شدن گسترش می یابند و هنگام خنک شدن منقبض می شوند, ایجاد استرس های داخلی که می تواند بر نحوه عملکرد مواد تحت بار تأثیر بگذارد.
در سازه های بزرگ مانند پل ها یا خطوط لوله, گسترش و انقباض ناشی از دما می تواند منجر به استرسهای حرارتی.
نرخ کرنش (میزان تغییر شکل)
این میزان فشار سرعتی است که در آن یک ماده تحت استرس تغییر شکل می یابد. بسته به میزان استفاده سریع استرس ، مواد ممکن است متفاوت رفتار کنند:
- تغییر شکل آهسته (نرخ کرنش پایین): مواد زمان بیشتری برای تغییر شکل پلاستیکی دارند, و منحنی فشار استرس مواد تمایل به ایجاد انعطاف پذیری بیشتر دارد.
- تغییر شکل سریع (میزان کرنش بالا): مواد سخت تر و قوی تر هستند, اما انعطاف پذیری آنها کاهش می یابد.
این امر به ویژه برای مواد مورد استفاده در تست های تصادف (به عنوان مثال, تجزیه و تحلیل تصادف خودرو) یا تأثیرات بالستیک.
مثال:
- در شکل گیری فلزی پر سرعت (مانند جعل یا نورد), نرخ کرنش زیاد است, و فلزات ممکن است به دلیل افزایش قدرت نشان دهند سخت کننده اثرات.
برعکس, با نرخ کرنش پایین, مانند آزمایش تنش آهسته, فلزات زمان بیشتری برای تغییر شکل دارند, منجر به انعطاف پذیری بالاتر.
نوع و بزرگی بار
راه استرس اعمال می شود بر پاسخ مواد تأثیر می گذارد:
- استرس کششی: مواد کشیده شده است, و مقاومت آن در برابر کشیدگی آزمایش می شود.
این به طور معمول منجر به تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی در مواد انعطاف پذیر می شود, در حالی که مواد شکننده ممکن است زودتر شکستگی داشته باشند. - استرس فشاری: فشرده سازی به طور معمول منجر به تغییر شکل مواد کوتاه تر می شود و می تواند منجر به مکانیسم های مختلف خرابی شود.
به عنوان مثال, بتن از مقاومت فشاری بالایی برخوردار است اما از نظر تنش ضعیف است. - استرس برشی: استرس برشی شامل نیروهایی است که به موازات سطح مواد عمل می کنند.
موادی با مقاومت برشی خوب, مثل فولادهای خاص, استرس زیر برشی را به خوبی انجام می دهد, در حالی که دیگران ممکن است زودرس تغییر شکل دهند یا شکست بخورند.
بزرگی بار همچنین نقش ایفا می کند:
- بارهای زیاد می تواند مواد را به داخل آنها فشار دهد تغییر شکل پلاستیکی منطقه, منجر به تغییرات قابل توجهی در شکل می شود.
- بارهای کم مواد را در داخل نگه دارید منطقه الاستیک, جایی که آنها می توانند پس از برداشتن استرس به شکل اصلی خود برگردند.
عوامل محیطی
شرایط محیطی می تواند به طور قابل توجهی بر رفتار استرس مواد در مواد تأثیر بگذارد. عوامل محیطی متداول شامل:
- خوردگی: وجود رطوبت, نمک, یا سایر عوامل خورنده می توانند مواد را تضعیف کنند, کاهش استحکام و انعطاف پذیری آنها.
به عنوان مثال, زنگ زدگی در فولاد توانایی مقاومت در برابر تنش را کاهش می دهد و می تواند منجر به نارسایی زودرس شود. - خستگی: چرخه های مکرر استرس در مقابل. کرنش می تواند با گذشت زمان باعث تخریب مواد شود, حتی اگر حداکثر استرس کاربردی زیر قدرت عملکرد باشد.
این در برنامه هایی مانند بسیار مهم است هوافضا و قطعات خودرو, جایی که مواد تحت بارگذاری چرخه ای قرار می گیرند. - تابش: در محیط های هسته ای, تابش می تواند باعث شود شکنندگی در فلزات و پلیمرها, کاهش توانایی آنها در تغییر شکل قبل از شکستگی.
ناخالصی ها و نقص ها
حضور در ناخالصی (مانند کربن در فولاد یا گوگرد در فلزات) یا نقص (مانند ترک یا حفره) می تواند نحوه واکنش یک ماده به استرس را به طرز چشمگیری تغییر دهد:
- ناخالصی ها می تواند به عنوان نقاط ضعف در مواد عمل کند, تمرکز استرس و منجر به نارسایی زودرس.
- نقص, مخصوصاً داخلی, می تواند ایجاد کند کنسانتره استرس که باعث می شود مواد بیشتر در معرض شکستگی تحت بار قرار بگیرند.
به عنوان مثال, یک شکاف کوچک در یک نمونه فلزی می تواند به عنوان یک عمل کند استرس,
کاهش قدرت کلی مواد و منجر به شکستگی در سطح استرس بسیار پایین تر از آنچه از مواد یکنواخت پیش بینی می شود.
تاریخ بارگذاری
این تاریخ استرس و کرنش که یک ماده در معرض آن قرار گرفته است نقش مهمی در رفتار آن ایفا می کند:
- موادی که مورد توجه قرار گرفته اند بارگذاری چرخه ای (بارگیری و تخلیه مکرر) ممکن است تجربه کنید خستگی و توسعه ترک ها که با گذشت زمان پخش می شود.
- موادی که تحت آن قرار می گیرند پیش استیج یا سخت سازی کار ممکن است خصوصیات فشار استرس را نشان دهد, مانند افزایش استحکام عملکرد و کاهش انعطاف پذیری.
مثال: فولاد سخت کار با جمع شدن جابجایی قوی تر می شود, مقاوم تر شدن آن در برابر تغییر شکل بیشتر اما کمتر انعطاف پذیر.
5. تکنیک های اندازه گیری و آزمایشی
اندازه گیری و درک دقیق از استرس در مقابل. فشار رفتارها هم در علوم مواد و هم در برنامه های مهندسی بسیار مهم است.
این خصوصیات تعیین می کنند که چگونه مواد تحت بارهای مختلف و در شرایط مختلف محیطی انجام می شوند.
تکنیک ها و روش های مختلف تجربی برای تعیین کمیت توسعه یافته است استرس در مقابل. فشار, مهندسان را قادر می سازند ساختارها و محصولات ایمن تر و کارآمدتری را طراحی کنند.
این بخش به متداول ترین تکنیک ها می پردازد, چگونه کار می کنند, و اهمیت هر یک در ارزیابی خصوصیات مکانیکی مواد.
5.1 تکنیک های اندازه گیری کرنش
سنجش
سنجش یکی از ابزارهای پرکاربرد برای اندازه گیری کرنش است. سنج کرنش نازک است, دستگاه مقاوم در برابر الکتریکی که در معرض استرس تغییر شکل می دهد.
این تغییر شکل باعث تغییر در مقاومت الکتریکی آن می شود, که می تواند با میزان کرنش که توسط مواد تجربه می شود اندازه گیری و همبستگی داشته باشد.
- اصل کار: سنجهای کرنش از شبکه ای از فلز ریز یا فویل متصل به پشتی انعطاف پذیر تشکیل شده است.
هنگامی که ماده ای که سنجش فشار به آن وصل شده است تغییر شکل می دهد, تغییر شکل شبکه نیز, تغییر مقاومت آن. این تغییر متناسب با فشار روی مواد است. - انواع سنجهای کرنش: چندین نوع وجود دارد, از جمله فویل, سیم, و سنجهای کرنش نیمه هادی.
نوع فویل شایع ترین است و برای اندازه گیری فشار در برنامه های مهندسی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. - برنامه های کاربردی: از سنجهای کرنش در آزمایش استرس مواد استفاده می شود, نظارت بر سلامت ساختاری, و حتی صنایع هوافضا و خودرو برای ارزیابی عملکرد اجزای مهم.
همبستگی تصویر دیجیتال (دیک)
همبستگی تصویر دیجیتال (دیک) یک روش نوری برای اندازه گیری کرنش است. از یک جفت دوربین با وضوح بالا برای ضبط تصاویر از سطح ماده در مراحل مختلف تغییر شکل استفاده می کند.
نرم افزار تخصصی سپس تغییرات در الگوی سطح را برای اندازه گیری کرنش ردیابی می کند.
- اصل کار: DIC با استفاده از یک الگوی لکه دار تصادفی کار می کند (اغلب سیاه و سفید) روی سطح مواد.
به عنوان تغییر شکل مواد, الگوی speckle حرکت می کند و نرم افزار موقعیت های گونه ها را در تصاویر مختلف برای محاسبه جابجایی و کرنش ارتباط می دهد. - مزایا: DIC اندازه گیری کرنش تمام میدان را ارائه می دهد, آن را برای تجزیه و تحلیل مواد پیچیده و تغییر شکل ایده آل می کند.
همچنین می توان از آن برای اندازه گیری سویه ها به صورت سه بعدی استفاده کرد و نیازی به تماس مستقیم با نمونه ندارد. - برنامه های کاربردی: این روش در تحقیق و توسعه استفاده می شود, از جمله مطالعه رفتار مادی تحت بارهای کششی یا فشاری, آزمایش خستگی, و مکانیک شکستگی.
سنهای سنج
یک زاویه سنج دستگاهی است که برای اندازه گیری کشیدگی یا انقباض یک نمونه تحت بار استفاده می شود.
این مجموعه از مجموعه ای از سنسورهای جابجایی تشکیل شده است که به نمونه آزمایش وصل می شوند و تغییر طول آن در طول آزمایش را کنترل می کنند.
- اصل کار: اکستنسومتر جابجایی بین دو نقطه را روی یک نمونه اندازه گیری می کند, به طور معمول در مرکز طول سنج.
جابجایی نسبی بین این نقاط مقدار کرنش را فراهم می کند. - انواع اکستنسومتر: اینها عبارتند از با اکستنسومتر تماس بگیرید (که از نظر جسمی نمونه را لمس می کند),
بدون تماس (نوری) سنهای سنج, و اکستنسومتر لیزر (که از پرتوهای لیزر برای اندازه گیری فاصله بدون تماس با نمونه استفاده می کنند). - برنامه های کاربردی: اکستنسومتر به طور گسترده ای در آن استفاده می شود تست کششی و تست های فشرده سازی, ارائه اندازه گیری دقیق کرنش.
5.2 تکنیک های اندازه گیری استرس
سلول های بار
سلول های بار از سنسورها برای اندازه گیری نیرو استفاده می شود (یا بارگذاری) روی یک نمونه اعمال می شود, ارائه یک اندازه گیری مستقیم از استرس.
این دستگاه ها نیروی مکانیکی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند که می تواند اندازه گیری و ثبت شود.
- اصل کار: بار سلولها به طور معمول استفاده می کنند سنجش به عنوان عنصر سنجش.
وقتی بار اعمال می شود, سنجش فشار را تغییر شکل می دهد, و این تغییر شکل به یک تغییر مقاومت الکتریکی ترجمه می شود, که مطابق با نیروی اعمال شده است. - انواع سلول های بار: انواع اصلی سلولهای بار شامل می شوند سلولهای بار تک نقطه ای, سلول های بار از نوع S, سلولهای بار قوطی, و سلولهای بار پرتو.
هر نوع بسته به نیاز اندازه گیری و پیکربندی بار برنامه های خاصی دارد. - برنامه های کاربردی: سلولهای بار در ماشین آلات تست کشش, تست فشار, و سیستم های توزین صنعتی, ارائه اندازه گیری مستقیم نیرو, که می تواند برای محاسبه استرس استفاده شود.
اندازه گیری غلظت استرس
غلظت استرس در ناپیوستگی های هندسی رخ می دهد (به عنوان مثال, شکاف, سوراخ ها, و گوشه های تیز) و اغلب مناطقی از عدم موفقیت در مواد هستند.
این موارد را می توان با استفاده از اندازه گیری اندازه گیری کرد عکاسی یا تحلیل عنصر محدود (FEA).
- عکاسی: این تکنیک شامل استفاده از نور قطبی برای مواد شفاف تحت استرس است.
این مواد حاشیه هایی را نشان می دهد که نشان دهنده توزیع استرس است, که می تواند برای تشخیص مناطق غلظت استرس مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. - تحلیل عنصر محدود (FEA): FEA یک روش محاسباتی است که برای شبیه سازی توزیع استرس در یک ماده یا ساختار تحت بار استفاده می شود.
با مدل سازی مواد و اعمال بارها, مهندسان می توانند رفتار را تجزیه و تحلیل کرده و مناطقی را با غلظت استرس بالا شناسایی کنند. - برنامه های کاربردی: اندازه گیری غلظت استرس در هوافضا, خودرو, و مهندسی عمران صنایع برای اطمینان از ایمنی و دوام مؤلفه های مهم.
دایره Mohr برای تجزیه و تحلیل استرس
دایره Mohr یک روش گرافیکی برای تعیین وضعیت استرس در یک نقطه در یک ماده است, به خصوص برای شرایط استرس دو بعدی.
این امکان را به مهندسان می دهد تا فشارهای طبیعی و برشی را در جهت گیری های مختلف محاسبه کنند, ارائه بینش ارزشمندی از پاسخ مواد به نیروهای کاربردی.
- اصل کار: دایره Mohr از فشارهای اصلی استفاده می کند (حداکثر و حداقل استرس) و فشار برشی در یک نقطه معین برای ایجاد یک دایره.
نقاط موجود در دایره با فشارهای هواپیماهای مختلف موجود در مواد مطابقت دارد. - برنامه های کاربردی: از دایره Mohr در تجزیه و تحلیل ساختاری استفاده می شود, تست مواد, و تجزیه و تحلیل شکست, به ویژه هنگامی که مواد در معرض شرایط بارگذاری پیچیده قرار می گیرند.
5.3 استرس ترکیبی و آزمایش کرنش
دستگاه های تست جهانی (ید)
الف دستگاه تست جهانی دستگاه ضروری است که برای آزمایش خصوصیات مکانیکی مواد استفاده می شود, از جمله کششی, فشرده سازی, و تست های خمشی.
این دستگاه ها هر دو را اندازه می گیرند استرس در مقابل. فشار در حین استفاده از زور.
- اصل کار: UTM ها یک نیروی کنترل شده را روی یک نمونه اعمال می کنند و جابجایی یا کشیدگی مربوطه را اندازه گیری می کنند.
سپس از داده های نیرو و جابجایی برای محاسبه استرس در مقابل استفاده می شود. فشار, تولید منحنی استرس فشار. - برنامه های کاربردی: UTM ها به طور گسترده ای برای آزمایش فلزات استفاده می شوند, پلیمرها, کامپوزیت ها, و مواد دیگر. آنها در آزمایشگاه های آزمایش مواد, کنترل کیفیت, و آر&دی در صنایع مختلف.
اندازه گیری کرنش و استرس ترکیبی در آزمایش خستگی
در آزمایش خستگی, مواد در معرض بارگذاری چرخه ای قرار می گیرند, و هر دو استرس در مقابل. برای درک نحوه رفتار مواد تحت استرس تکراری ، باید به طور همزمان اندازه گیری شود.
چرخاندن دستگاه های خستگی خمش یا ماشین های تست سروو-هیدرولیک اغلب برای این منظور استفاده می شود.
- اصل کار: دستگاه ها بارگذاری چرخه ای را اعمال می کنند در حالی که مواد برای هر دو استرس کنترل می شوند (از طریق سلول های بار) و فشار (از طریق extensometers یا سنجهای کرنش).
داده های حاصل در پیش بینی حالت های خستگی و خرابی مواد بسیار مهم است. - برنامه های کاربردی: آزمایش خستگی در صنایعی مانند خودرو, هوافضا, و انرژی برای اطمینان از قابلیت اطمینان و دوام مؤلفه های در معرض بارگذاری مکرر.
6. مقایسه استرس در مقابل. فشار
درک تمایزها و روابط بین استرس در مقابل. کرنش برای مهندسان برای طراحی ایمن بسیار مهم است, کارآمد, و مواد و سازه های بادوام.
خلاصه تفاوت های کلیدی
| جنبه | استرس | فشار |
|---|---|---|
| تعریف | نیروی داخلی در هر واحد | تغییر شکل یا جابجایی مواد |
| واحد | پاسکوال (پا), مگاپاسکال (MPa) | بی بعد (نسبت) |
| نوع | تنشور (بزرگی و جهت) | مقیاس پذیر (فقط بزرگی) |
| ذات | ناشی از نیروهای خارجی | ناشی از تغییر شکل ناشی از استرس |
| رفتار مادی | مقاومت مواد را تعیین می کند | تغییر شکل مواد را اندازه گیری می کند |
| الاستیک/پلاستیکی | می تواند الاستیک یا پلاستیک باشد | می تواند الاستیک یا پلاستیک باشد |
| مثال | نیرو در هر منطقه در یک میله فلزی | کشیدگی میله فلزی تحت تنش |
7. نتیجه گیری
استرس و کرنش مفاهیم اساسی در مهندسی و علوم مادی هستند.
درک رابطه آنها به مهندسان کمک می کند تا عملکرد مواد را بهینه کنند, ایمنی را بهبود بخشید, و ساختارهای طراحی که در برابر شکست مقاومت می کنند.
با پیشرفت در آزمایش و شبیه سازی محاسباتی, صنایع می توانند دوام و کارآیی محصولات را در بخش های متنوع افزایش دهند.
با تسلط بر تجزیه و تحلیل استرس فشار, متخصصان می توانند در انتخاب مواد تصمیمات آگاهانه بگیرند, یکپارچگی ساختاری, و طراحی نوآورانه, اطمینان از قابلیت اطمینان طولانی مدت در برنامه های مهندسی.
