1. Ներածություն
Սթրեսը և լարվածությունը նյութագիտության և մեքենաշինության հիմնարար հասկացություններ են, վճռորոշ դեր է խաղում ծանրաբեռնվածության տակ գտնվող նյութերի կատարողականությունն ու ձախողումը որոշելու հարցում.
Այս հատկությունները կարևոր են կառուցվածքային ձևավորման մեջ, արտադրություն, և ձախողման վերլուծություն.
Սթրեսը վերաբերում է ներքին դիմադրությանը, որը նյութը զարգանում է մեկ միավորի մակերեսով, երբ ենթարկվում է արտաքին ուժերին, մինչդեռ լարվածությունը չափում է նյութի դեֆորմացիան՝ ի պատասխան այդ սթրեսի.
Նրանց հարաբերությունները հասկանալն օգնում է ինժեներներին ընտրել համապատասխան նյութեր, կանխատեսել ձախողման կետերը, և օպտիմիզացնել նախագծերը տարբեր ծրագրերի համար, կամուրջներից և ինքնաթիռներից մինչև միկրոէլեկտրոնիկա.
Այս հոդվածը տրամադրում է սթրեսի և լարվածության խորը վերլուծություն, ուսումնասիրելով դրանց սահմանումները, մաթեմատիկական ձևակերպումներ, փորձարկման մեթոդներ, ազդող գործոններ, եւ արդյունաբերական ծրագրեր.
2. Սթրեսի և լարվածության հիմունքները
Ինչ է սթրեսը?
Սթրես (էունք) ուժն է, որը կիրառվում է նյութի մեկ միավորի մակերեսի վրա. Այն քանակականացնում է, թե ինչպես են ներքին ուժերը դիմադրում արտաքին բեռներին և մաթեմատիկորեն արտահայտվում է որպես:
σ = F ÷ A
որտեղ:
- Ֆ կիրառվող ուժն է (Ն),
- Էունք խաչմերուկի տարածքն է (մ²).
Սթրեսի տեսակները
- Առաձգական սթրես: Քաշում է նյութը, մեծացնելով դրա երկարությունը (Է.Գ., ձգելով պողպատե մետաղալար).
- Սեղմող սթրես: Սեղմում է նյութը միասին, նվազեցնելով դրա երկարությունը (Է.Գ., բետոնե սյունի սեղմում).
- Shear Stress: Ստիպում է նյութի հարակից շերտերը սահել միմյանց կողքով (Է.Գ., ուժեր, որոնք գործում են պտուտակավոր հոդերի վրա).
- Շրջադարձային սթրես: Արդյունքներ շրջադարձային ուժերից (Է.Գ., պտտվող լիսեռի վրա կիրառվող ոլորող մոմենտ).
Սթրեսի տեսակները
Ինչ է լարվածությունը?
Լարում (եփ) կիրառական սթրեսի պատճառով նյութի դեֆորմացիայի չափում է. Դա անչափ մեծություն է, որը ներկայացնում է երկարության փոփոխության հարաբերակցությունը սկզբնական երկարությանը:
ε = ΔL ÷ L0
որտեղ:
- ΔL երկարության փոփոխությունն է (մ),
- L0 սկզբնական երկարությունն է (մ).
Լարվածության տեսակները
- Նորմալ լարվածություն: Առաջացած առաձգական կամ սեղմման սթրեսի հետևանքով.
- Կտրուկ լարում: Անկյունային աղավաղման արդյունքներ.
3. Սթրեսի միջև հարաբերություններ ընդդեմ. Լարում
Հասկանալով փոխհարաբերությունները սթրես մի քանազոր լարում հիմնարար է նյութագիտության և ճարտարագիտության մեջ.
Այս հարաբերությունն օգնում է կանխատեսել, թե ինչպես են նյութերը արձագանքելու արտաքին ուժերին, տարբեր կիրառություններում կառուցվածքային ամբողջականության և հուսալիության ապահովում, կամուրջներից և ինքնաթիռներից մինչև բժշկական իմպլանտներ և սպառողական ապրանքներ.
Հուկի օրենքը: Էլաստիկ հարաբերություններ
-ում առաձգական շրջան, նյութերի մեծ մասը ցուցադրում է ա գծային հարաբերություն սթրեսի միջև (σ\sigmaσ) եւ լարում (ε\varepsilonε), կառավարվում է Հուկի օրենքը:
σ = E ⋅ ε
որտեղ:
- σ= սթրես (Pa կամ N/m²)
- E = Յանգի մոդուլը (առաձգականության մոդուլ, Պա)
- ε = լարում (անչափ)
Այս հավասարումը նշանակում է, որ նյութի ներսում առաձգական սահմանը, սթրեսը և լարվածությունը ուղիղ համեմատական են.
Երբ բեռը հանվում է, նյութը վերադառնում է իր սկզբնական ձևին. -ի արժեքը Յանգի մոդուլը որոշում է նյութի կոշտությունը:
- Բարձր Ե (Է.Գ., պողպատ, տիտղոս) Կաղամար Թունդ և պակաս ճկուն
- Ցածր Ե (Է.Գ., ռետինե, պոլիմերներ) Կաղամար Ճկուն է և հեշտությամբ դեֆորմացվում
Օրինակ, պողպատն ունի Յանգի մոդուլ ~ 200 ԳՊա, դարձնելով այն շատ ավելի կոշտ, քան ալյումինը (~ 70 ԳՊա) կամ ռետինե (~ 0,01 ԳՊա).
Էլաստիկ ընդդեմ. Պլաստիկ դեֆորմացիա
Մինչ Հուկի օրենքը կիրառվում է առաձգական շրջան, նյութերն ի վերջո հասնում են ա եկամտաբերության կետը որտեղ դեֆորմացիան դառնում է մշտական.
- Էլաստիկ դեֆորմացիա: Սթրեսը հեռացնելուց հետո նյութը վերադառնում է իր սկզբնական ձևին.
- Պլաստիկ դեֆորմացիա: Նյութը ենթարկվում է անդառնալի փոփոխությունների և չի վերադառնում իր սկզբնական ձևին.
Սթրես-լարվածության կորը և հիմնական կետերը
Էունք լարվածություն-լարում կորը գրաֆիկորեն ներկայացնում է, թե ինչպես է նյութը վարվում ծանրաբեռնվածության տակ.
- Էլաստիկ շրջան: Գծային հարաբերություն՝ հետևելով Հուկի օրենքին.
- Ելքի կետ: Սթրեսի մակարդակը, որտեղ սկսվում է պլաստիկ դեֆորմացիան.
- Պլաստիկ Տարածաշրջան: Դեֆորմացիան շարունակվում է առանց լրացուցիչ սթրեսի ավելացման.
- Առավելագույն առաձգական ուժ (UTS): Առավելագույն սթրեսը, որը նյութը կարող է դիմակայել.
- Կոտրվածքի կետ: Նյութը կոտրվում է ավելորդ սթրեսի տակ.
Համար ճկուն նյութեր (Է.Գ., ալյումին, մեղմ պողպատ), պլաստիկ դեֆորմացիան տեղի է ունենում ձախողումից առաջ, թույլ տալով էներգիայի կլանումը կոտրելուց առաջ.
Փխրուն նյութեր (Է.Գ., ապակու, Կերամիկա) հանկարծակի կոտրվածք՝ առանց պլաստիկ դեֆորմացիայի.
Ամփոփող սեղան: Սթրես-լարվածություն հարաբերություններ
| Հատկորոշում | Էլաստիկ շրջան | Պլաստիկ Տարածաշրջան |
|---|---|---|
| Սահմանում | Սթրեսը և լարվածությունը համաչափ են | Առաջանում է մշտական դեֆորմացիա |
| Օրենքի կառավարում | Հուկի օրենքը | Ոչ գծային պլաստիկ վարքագիծ |
| Հետադարձելիություն | Լիովին շրջելի | Անշրջելի |
| Ելքի կետ? | Ոչ | Այո |
| Օրինակ նյութեր | Պողպատ (առաձգական միջակայքում), ռետինե (ցածր լարվածություն) | Պղնձ, ալյումին (բարձր սթրեսի տակ) |
4. Սթրեսի և լարվածության վարքագծի վրա ազդող գործոններ
Հասկանալով այն գործոնները, որոնք ազդում են սթրես մի քանազոր լարում պահվածքը շատ կարևոր է նյութի ընտրության համար, դիզայն, և կատարողականի վերլուծություն.
Տարբեր ներքին և արտաքին գործոններ ազդում են, թե ինչպես են նյութերը արձագանքում կիրառվող ուժերին, ազդելով նրանց ուժի վրա, առաձգականություն, առաձգականություն, և ընդհանուր վարքագիծը սթրեսի պայմաններում.
Եկեք մանրամասն ուսումնասիրենք այս գործոնները.
Նյութական կազմ եւ միկրոհամակարգ
Ատոմային և մոլեկուլային կառուցվածք
Ատոմների կամ մոլեկուլների դասավորությունը նյութի մեջ որոշում է նրա մեխանիկական հատկությունները և, հետևաբար, նրա վարքագիծը սթրեսի պայմաններում.
Նյութեր կապի տարբեր տեսակներով (կովալենտ, մետաղական, իոնային, Եվ այլն) ցույց տալ հստակ արձագանք դեֆորմացմանը.
- Մետաղներ: Սովորաբար ցուցադրում են բարձր ճկունություն և կարող են դիմակայել զգալի պլաստիկ դեֆորմացիային նախքան ձախողումը.
Նրանց ատոմային կառուցվածքը (բյուրեղյա վանդակաճաղեր) թույլ է տալիս տեղաշարժերը շարժվել, նրանց հնարավորություն տալով արդյունավետորեն կլանել սթրեսը և լարվածությունը. - Պոլիմերներ: Նրանց մոլեկուլային շղթաները տարբեր կերպ են արձագանքում՝ կախված պոլիմերային տեսակից (ջերմապլաստիկներ, ջերմաչափեր, էլաստոմերներ).
Օրինակ, էլաստոմերները շատ դեֆորմացվող են ցածր լարվածության պայմաններում, մինչդեռ ջերմաչափերը կարող են փխրուն դառնալ բարձր ջերմաստիճանի կամ սթրեսի ենթարկվելուց հետո. - Կերամիկա: Սրանք սովորաբար ունեն իոնային կամ կովալենտային կապեր, որոնք ապահովում են ուժ, բայց սահմանափակում են տեղահանման շարժումը.
Արդյունքում, կերամիկա հակված է հեշտությամբ կոտրվել սթրեսի ժամանակ, փոքր պլաստիկ դեֆորմացիայով.
Հացահատիկի կառուցվածքը
Չափը և կողմնորոշումը հատիկներ (բյուրեղային կառուցվածքները մետաղներում) զգալիորեն ազդել սթրեսի ընդդեմ. լարվածության վարքագիծը:
- Մանրահատիկ նյութեր: Սովորաբար ցույց են տալիս բարելավված առաձգական ուժ և ավելի բարձր դիմադրություն կոտրվածքների նկատմամբ, քանի որ հացահատիկի սահմանները խոչընդոտում են տեղահանման շարժումը.
- Կոպիտ հատիկավոր նյութեր: Կարող է ցույց տալ ավելի բարձր ճկունություն, բայց ավելի ցածր առաձգական ուժ՝ տեղաշարժերի միջև ավելի մեծ հեռավորությունների պատճառով, նրանց դարձնելով ավելի հակված սթրեսի ժամանակ ձախողման.
Ֆազեր և համաձուլվածքներ
համաձուլվածքների մեջ, տարբեր փուլերի առկայությունը կամ այդ փուլերի բաշխումը (Է.Գ., պողպատից ֆերիտ և մարգարիտ) ազդում է սթրեսի և լարվածության վարքագծի վրա. Օրինակ:
- Պողպատե համաձուլվածքներ: Փոփոխելով խառնուրդի կազմը, ինժեներները կարող են կարգավորել նյութի ելքի ուժը, կոշտություն, և կարծրություն՝ հատուկ կատարողական պահանջներին համապատասխանելու համար.
Ջերմաստիճան
Ջերմաստիճանը կարևոր դեր է խաղում այն որոշելու համար Մեխանիկական հատկություններ նյութերից, ազդելով նրանց վրա առաձգական մի քանազոր պլաստիկ վարքագիծը.
- Բարձր ջերմաստիճաններում, մետաղները հիմնականում դառնում են ավելի ճկուն, և դրանց թողունակությունը նվազում է.
Օրինակ, ալյումին բարձր ջերմաստիճանում դառնում է շատ ավելի ճկուն, մինչդեռ պողպատ կարող է զգալ կարծրության նվազում. - Ցածր ջերմաստիճաններում, նյութերը հակված են դառնալ ավելի փխրուն. Օրինակ, Ածխածնի պողպատ -40°C-ից ցածր ջերմաստիճանում դառնում է փխրուն, դարձնելով այն ավելի հակված սթրեսի ժամանակ ճաքերի.
Mal երմային ընդլայնում
Նյութերը մեծանում են, երբ ջեռուցվում են և կծկվում, երբ սառչում են, առաջացնելով ներքին սթրեսներ, որոնք կարող են ազդել, թե ինչպես են նյութերը գործում ծանրաբեռնվածության տակ.
Խոշոր կառույցներում, ինչպիսիք են կամուրջները կամ խողովակաշարերը, ջերմաստիճանի պատճառով առաջացած ընդարձակումը և կծկումը կարող են հանգեցնել ջերմային սթրեսներ.
Լարվածության տոկոսադրույքը (Դեֆորմացիայի արագությունը)
Է լարվածության տոկոսադրույքը այն արագությունն է, որով նյութը դեֆորմացվում է սթրեսի ժամանակ. Նյութերը կարող են տարբեր կերպ վարվել՝ կախված նրանից, թե որքան արագ է կիրառվում սթրեսը:
- Դանդաղ դեֆորմացիա (ցածր լարվածության արագություն): Նյութերն ավելի շատ ժամանակ ունեն պլաստիկ ձևափոխվելու համար, և նյութի լարվածություն-լարված կորը հակված է ավելի մեծ ճկունություն ցուցաբերելու.
- Արագ դեֆորմացիա (լարվածության բարձր մակարդակ): Նյութերը հակված են ավելի կոշտ և ամուր, բայց դրանց ճկունությունը նվազում է.
Սա հատկապես կարևոր է այն նյութերի համար, որոնք օգտագործվում են վթարի թեստեր (Է.Գ., ավտովթարի վերլուծություն) կամ բալիստիկ ազդեցությունները.
Օրինակ:
- Բարձր արագությամբ մետաղի ձևավորման մեջ (նման դավաճանություն կամ շարժակազմ), լարվածության մակարդակը բարձր է, և մետաղները կարող են դրսևորել աճող ամրություն՝ պայմանավորված լարում-կարծրացում էֆեկտներ.
Ընդհակառակ, լարվածության ցածր արագությամբ, ինչպես, օրինակ, դանդաղ լարվածության փորձարկման ժամանակ, մետաղներն ավելի շատ ժամանակ ունեն դեֆորմացման համար, ինչը հանգեցնում է ավելի բարձր ճկունության.
Բեռի տեսակը և մեծությունը
Ճանապարհը սթրես կիրառվում է, ազդում է նյութի արձագանքի վրա:
- Առաձգական սթրես: Նյութը ձգվում է, և փորձարկվում է դրա երկարացման դիմադրությունը.
Սա սովորաբար հանգեցնում է ճկուն նյութերի զգալի պլաստիկ դեֆորմացիայի, մինչդեռ փխրուն նյութերը կարող են ավելի վաղ կոտրվել. - Սեղմող սթրես: Սեղմումը սովորաբար հանգեցնում է նյութի ավելի կարճ դեֆորմացման և կարող է հանգեցնել տարբեր ձախողման մեխանիզմների.
Օրինակ, բետոնն ունի բարձր սեղմման ուժ, բայց թույլ է լարվածության մեջ. - Shear Stress: Կտրող լարվածությունը ներառում է նյութի մակերեսին զուգահեռ գործող ուժեր.
Լավ կտրող ուժ ունեցող նյութեր, ինչպես որոշ պողպատներ, լավ կգործի կտրվածքային սթրեսի պայմաններում, մինչդեռ մյուսները կարող են դեֆորմացվել կամ վաղաժամ ձախողվել.
Բեռի մեծությունը նույնպես դեր է խաղում:
- Բարձր բեռներ կարող է նյութեր մղել դրանց մեջ պլաստիկ դեֆորմացիա շրջան, հանգեցնելով ձևի զգալի փոփոխությունների.
- Ցածր բեռներ պահել նյութերը ներսում առաձգական շրջան, որտեղ նրանք կարող են վերադառնալ իրենց սկզբնական ձևին սթրեսի հեռացումից հետո.
Բնապահպանական գործոններ
Շրջակա միջավայրի պայմանները կարող են էապես ազդել նյութերի լարում-դեֆորմացիա վարքի վրա. Ընդհանուր շրջակա միջավայրի գործոնները ներառում են:
- Կոռոզիիոն: Խոնավության առկայությունը, աղեր, կամ այլ քայքայիչ նյութերը կարող են թուլացնել նյութերը, նվազեցնելով դրանց առաձգական ուժը և ճկունությունը.
Օրինակ, ժանգը պողպատի վրա նվազեցնում է լարվածությանը դիմակայելու ունակությունը և կարող է հանգեցնել վաղաժամ ձախողման. - Հոգնածություն: Սթրեսի կրկնվող ցիկլեր ընդդեմ. լարվածությունը կարող է ժամանակի ընթացքում առաջացնել նյութի դեգրադացիա, նույնիսկ եթե առավելագույն կիրառվող լարվածությունը ցածր է զիջման ուժից.
Սա կարևոր է այնպիսի ծրագրերում, ինչպիսիք են օդատիենտ մի քանազոր Ավտոմոբիլային բաղադրիչներ, որտեղ նյութերը ենթարկվում են ցիկլային բեռնման. - Ճառագայթում: Միջուկային միջավայրերում, ճառագայթումը կարող է առաջացնել Ընդարձակ մետաղների և պոլիմերների մեջ, նվազեցնելով կոտրվածքից առաջ դեֆորմացնելու նրանց կարողությունը.
Կեղտեր և թերություններ
-ի առկայությունը կեղտերը (ինչպես ածխածինը պողպատում կամ ծծումբը՝ մետաղներում) կամ թերություններ (ինչպիսիք են ճաքերը կամ դատարկությունները) կարող է կտրուկ փոխել, թե ինչպես է նյութը արձագանքում սթրեսին:
- Անմիտ կարող է հանդես գալ որպես նյութի թույլ կետեր, կենտրոնացնելով սթրեսը և հանգեցնել վաղաժամ ձախողման.
- Թերություններ, հատկապես ներքին, կարող է ստեղծել Սթրեսի կոնցենտրատորներ որոնք նյութերն ավելի հակված են դարձնում բեռի տակ կոտրվելու.
Օրինակ, մետաղական նմուշի փոքր ճեղքը կարող է հանդես գալ որպես ա սթրեսի բարձրացնող,
նվազեցնելով նյութի ընդհանուր ամրությունը և հանգեցնել կոտրվածքի շատ ավելի ցածր լարվածության մակարդակներում, քան կանխատեսվում էր միատեսակ նյութերից.
Պատմության բեռնում
Է սթրեսի և լարվածության պատմություն որին ենթարկվել է նյութը, նրա վարքագծի մեջ վճռորոշ դեր է խաղում:
- Նյութեր, որոնք ենթարկվել են ցիկլային բեռնում (կրկնվող բեռնում և բեռնաթափում) կարող է զգալ հոգնածություն և զարգանալ ճաքեր որոնք ժամանակի ընթացքում տարածվում են.
- Նյութեր, որոնք ենթարկվում են նախնական լարում կամ աշխատանքի կարծրացում կարող է դրսևորել փոփոխված լարման-լարման բնութագրերը, ինչպիսին է զիջման ուժի բարձրացումը և ճկունության նվազումը.
Օրինակ: Աշխատանքով կարծրացած պողպատ դառնում է ավելի ուժեղ, քանի որ դիսլոկացիաները կուտակվում են, դարձնելով այն ավելի դիմացկուն հետագա դեֆորմացիայի նկատմամբ, բայց ավելի քիչ ճկուն.
5. Չափում և փորձարարական տեխնիկա
Ճշգրիտ չափում և ըմբռնում սթրես vs. լարում վարքագիծը կենսական նշանակություն ունի ինչպես նյութագիտության, այնպես էլ ճարտարագիտության կիրառման մեջ.
Այս հատկությունները որոշում են, թե ինչպես են նյութերը աշխատելու տարբեր բեռների և շրջակա միջավայրի տարբեր պայմաններում.
Քանակականացման համար մշակվել են տարբեր փորձարարական տեխնիկա և մեթոդներ սթրես vs. լարում, ինժեներներին հնարավորություն տալով նախագծել ավելի անվտանգ և արդյունավետ կառույցներ և արտադրանք.
Այս բաժինը կխորանա առավել հաճախ օգտագործվող տեխնիկայի մեջ, ինչպես են նրանք աշխատում, և յուրաքանչյուրի նշանակությունը նյութերի մեխանիկական հատկությունների գնահատման հարցում.
5.1 Լարվածության չափման տեխնիկա
Լարվածության չափիչներ
Լարվածության չափիչներ լարվածությունը չափելու ամենալայն կիրառվող գործիքներից են. Լարվածության չափիչը բարակ է, էլեկտրական դիմադրողական սարք, որը դեֆորմացվում է, երբ ենթարկվում է սթրեսի.
Այս դեֆորմացիան առաջացնում է նրա էլեկտրական դիմադրության փոփոխություն, որը կարող է չափվել և կապված լինել նյութի լարման քանակի հետ.
- Աշխատանքային սկզբունք: Լարվածության չափիչները բաղկացած են նուրբ մետաղի կամ փայլաթիթեղի ցանցից, որը կցված է ճկուն հիմքի վրա.
Երբ նյութը, որին ամրացված է լարման չափիչը, դեֆորմացվում է, ցանցը նույնպես դեֆորմացվում է, փոխելով իր դիմադրությունը. Այս փոփոխությունը համաչափ է նյութի լարվածությանը. - Լարվածության չափիչների տեսակները: Կան մի քանի տեսակներ, ներառյալ փայլաթիթեղ, մետաղալար, մի քանազոր կիսահաղորդչային լարման չափիչներ.
Փայլաթիթեղի տեսակը ամենատարածվածն է և լայնորեն օգտագործվում է ինժեներական կիրառություններում լարվածությունը չափելու համար. - Ծրագրեր: Լարվածության չափիչները օգտագործվում են նյութերի սթրես-փորձարկման ժամանակ, կառուցվածքային առողջության մոնիտորինգ, և նույնիսկ ավիատիեզերական և ավտոմոբիլային արդյունաբերությունը կարևոր բաղադրիչների արդյունավետությունը գնահատելու համար.
Թվային պատկերի հարաբերակցություն (DIC)
Թվային պատկերի հարաբերակցություն (DIC) լարվածությունը չափելու օպտիկական մեթոդ է. Այն օգտագործում է մի զույգ բարձր լուծաչափով տեսախցիկներ՝ նյութի մակերեսի պատկերները դեֆորմացման տարբեր փուլերում նկարելու համար։.
Մասնագիտացված ծրագրակազմն այնուհետև հետևում է մակերևույթի ձևավորման փոփոխություններին՝ լարվածությունը չափելու համար.
- Աշխատանքային սկզբունք: DIC-ն աշխատում է՝ կիրառելով պատահական բծերի օրինակ (հաճախ սև ու սպիտակ) նյութի մակերեսին.
Քանի որ նյութը դեֆորմացվում է, բծերի նախշը շարժվում է, և ծրագրաշարը փոխկապակցում է բծերի դիրքերը տարբեր պատկերներում՝ հաշվարկելու տեղաշարժը և լարվածությունը. - Առավելություններ: DIC-ն ապահովում է ամբողջ դաշտի լարվածության չափումներ, դարձնելով այն իդեալական բարդ նյութերի և դեֆորմացիաների վերլուծության համար.
Այն կարող է օգտագործվել նաև շտամները 3D-ով չափելու համար և չի պահանջում անմիջական շփում նմուշի հետ. - Ծրագրեր: Այս տեխնիկան օգտագործվում է հետազոտության և զարգացման մեջ, ներառյալ առաձգական կամ սեղմող բեռների տակ նյութի վարքագծի ուսումնասիրությունը, հոգնածության փորձարկում, և կոտրվածքների մեխանիկա.
Էքստենսոմետրեր
Ան էքստենսոմետր սարք է, որն օգտագործվում է բեռի տակ գտնվող նմուշի երկարացումը կամ կծկումը չափելու համար.
Այն բաղկացած է տեղաշարժման սենսորների մի շարքից, որոնք կցվում են փորձանմուշին և վերահսկում դրա երկարության փոփոխությունը փորձարկման ընթացքում:.
- Աշխատանքային սկզբունք: Էքստենսոմետրը չափում է տեղաշարժը նմուշի երկու կետերի միջև, սովորաբար գտնվում է չափիչի երկարության կենտրոնում.
Այս կետերի միջև հարաբերական տեղաշարժը ապահովում է լարվածության արժեքը. - Էքստենսոմետրերի տեսակները: Դրանք ներառում են կոնտակտային էքստենսոմետրեր (որոնք ֆիզիկապես դիպչում են նմուշին),
ոչ կոնտակտային (օպտիկական) էքստենսոմետրեր, մի քանազոր լազերային էքստենսոմետրեր (որոնք օգտագործում են լազերային ճառագայթներ՝ չափելու հեռավորությունը՝ առանց նմուշի հետ շփվելու). - Ծրագրեր: Էքստենսոմետրերը լայնորեն կիրառվում են առաձգական փորձարկում մի քանազոր սեղմման թեստեր, ապահովելով լարվածության ճշգրիտ չափումներ.
5.2 Սթրեսի չափման տեխնիկա
Բեռնել բջիջները
Բեռնել բջիջները սենսորներ են, որոնք օգտագործվում են ուժը չափելու համար (կամ բեռ) կիրառվում է նմուշի վրա, ապահովելով սթրեսի ուղղակի չափում.
Այս սարքերը մեխանիկական ուժը վերածում են էլեկտրական ազդանշանի, որը կարելի է չափել և գրանցել.
- Աշխատանքային սկզբունք: Բեռնման բջիջները սովորաբար օգտագործվում են լարման չափիչներ որպես զգացող տարր.
Երբ կիրառվում է բեռ, լարման չափիչները դեֆորմացվում են, և այս դեֆորմացիան վերածվում է էլեկտրական դիմադրության փոփոխության, որը համապատասխանում է կիրառվող ուժին. - Բեռնախցիկների տեսակները: Բեռնախցիկների հիմնական տեսակները ներառում են մեկ կետանոց բեռնախցիկներ, s-տիպի բեռնախցիկներ, տարայի բեռնախցիկները, մի քանազոր ճառագայթային բեռնախցիկներ.
Յուրաքանչյուր տեսակ ունի հատուկ կիրառումներ՝ կախված չափման պահանջներից և բեռի կազմաձևից. - Ծրագրեր: Բեռնախցերը օգտագործվում են առաձգական փորձարկման մեքենաներ, ճնշման փորձարկում, մի քանազոր արդյունաբերական կշռման համակարգեր, ապահովելով ուժի ուղղակի չափում, որը կարող է օգտագործվել սթրեսը հաշվարկելու համար.
Սթրեսի համակենտրոնացման չափում
Stress concentrations occur at geometrical discontinuities (Է.Գ., notches, անցքեր, and sharp corners) and are often areas of failure in materials.
These can be measured using photoelasticity կամ վերջավոր տարրերի վերլուծություն (ԱՏԳ).
- Photoelasticity: This technique involves applying polarized light to transparent materials under stress.
The material shows fringes that indicate the distribution of stress, which can be analyzed to detect stress concentration regions. - Վերջավոր տարրերի վերլուծություն (ԱՏԳ): FEA is a computational method used to simulate the stress distribution within a material or structure under load.
By modeling the material and applying loads, engineers can analyze the behavior and identify areas with high-stress concentrations. - Ծրագրեր: Stress concentration measurements are crucial in the օդատիենտ, ավտոմոբիլային, մի քանազոր ինժեներա industries for ensuring the safety and durability of critical components.
Մոհրի շրջանակը սթրեսի վերլուծության համար
Mohr’s Circle is a graphical method for determining the state of stress at a point within a material, especially for two-dimensional stress situations.
It allows engineers to calculate normal and shear stresses in different orientations, providing valuable insight into the material’s response to applied forces.
- Աշխատանքային սկզբունք: Mohr’s Circle uses the principal stresses (maximum and minimum stresses) and shear stresses at a given point to generate a circle.
The points on the circle correspond to the stresses on different planes within the material. - Ծրագրեր: Mohr’s Circle is used in structural analysis, material testing, և ձախողման վերլուծություն, particularly when the material is subjected to complex loading conditions.
5.3 Սթրեսի և լարվածության համակցված փորձարկում
Ունիվերսալ փորձարկման մեքենաներ (UTM-ներ)
Էունք Universal Testing Machine is an essential device used for testing the mechanical properties of materials, including tensile, սեղմում, և ճկման թեստեր.
Այս մեքենաները չափում են երկուսն էլ սթրես vs. լարում ուժի կիրառման ժամանակ.
- Աշխատանքային սկզբունք: UTM-ները վերահսկվող ուժ են կիրառում նմուշի վրա և չափում են համապատասխան տեղաշարժը կամ երկարացումը.
Այնուհետև ուժի և տեղաշարժի տվյալները օգտագործվում են սթրեսն ընդդեմ հաշվարկելու համար. լարում, առաջացնելով լարվածություն-լարում կոր. - Ծրագրեր: UTM-ները լայնորեն օգտագործվում են մետաղների փորձարկման համար, պոլիմերներ, կոմպոզիտներ, և այլ նյութեր. Նրանք քննադատական են նյութերի փորձարկման լաբորատորիաներ, որակի հսկողություն, մի քանազոր Ռ&Հանկարծ տարբեր ոլորտներում.
Համակցված լարվածության և սթրեսի չափումներ հոգնածության թեստում
Մեջ հոգնածության փորձարկում, նյութերը ենթարկվում են ցիկլային բեռնման, և երկուսն էլ սթրեսն ընդդեմ. լարվածությունը պետք է միաժամանակ չափվի՝ հասկանալու համար, թե ինչպես է նյութն իրեն պահում կրկնվող սթրեսի պայմաններում.
Պտտվող կռում հոգնածության մեքենաներ կամ սերվոհիդրավլիկ փորձարկման մեքենաներ հաճախ օգտագործվում են այդ նպատակով.
- Աշխատանքային սկզբունք: Մեքենաները կիրառում են ցիկլային բեռնում, մինչդեռ նյութը վերահսկվում է երկու սթրեսի համար (բեռնախցիկների միջոցով) եւ լարում (էքստենսոմետրերի կամ լարման չափիչների միջոցով).
Ստացված տվյալները շատ կարևոր են նյութի հոգնածության և խափանման ռեժիմները կանխատեսելու համար. - Ծրագրեր: Հոգնածության փորձարկումը կենսական նշանակություն ունի այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են ավտոմոբիլային, օդատիենտ, մի քանազոր էներգիա կրկնակի բեռնման ենթարկված բաղադրիչների հուսալիությունն ու ամրությունը ապահովելու համար.
6. Սթրեսի համեմատություն ընդդեմ. Լարում
Հասկանալով տարբերություններն ու հարաբերությունները սթրեսի ընդդեմ. լարվածությունը չափազանց կարևոր է ինժեներների համար անվտանգ նախագծման համար, արդյունավետ, և դիմացկուն նյութեր և կառույցներ.
Հիմնական տարբերությունների ամփոփում
| Ասպեկտ | Սթրես | Լարում |
|---|---|---|
| Սահմանում | Ներքին ուժը մեկ միավորի տարածքի վրա | Նյութի դեֆորմացիա կամ տեղաշարժ |
| Միավորներ | Պասկալ (Խլացնել), Մեգապասկալներ (MPA) | Անչափ (հարաբերակցությունը) |
| Քանակի տեսակը | Տենսոր (մեծությունը և ուղղությունը) | Սկալյար (միայն մեծությունը) |
| Բնություն | Արտաքին ուժերի կողմից առաջացած | Սթրեսից առաջացած դեֆորմացիայի պատճառով |
| Նյութական վարքագիծ | Որոշում է նյութի դիմադրությունը | Չափում է նյութի դեֆորմացիան |
| Էլաստիկ/Պլաստիկ | Կարող է լինել առաձգական կամ պլաստիկ | Կարող է լինել առաձգական կամ պլաստիկ |
| Օրինակ | Մետաղական ձողի վրա մեկ տարածքի ուժ | Մետաղական ձողի երկարացում լարվածության տակ |
7. Եզրափակում
Սթրեսը և լարվածությունը հիմնարար հասկացություններ են ճարտարագիտության և նյութագիտության մեջ.
Նրանց փոխհարաբերությունները հասկանալն օգնում է ինժեներներին օպտիմալացնել նյութի կատարողականը, բարելավել անվտանգությունը, և նախագծել կառուցվածքներ, որոնք դիմակայում են ձախողմանը.
Փորձարկման և հաշվողական սիմուլյացիաների առաջընթացով, Արդյունաբերությունները կարող են բարձրացնել արտադրանքի երկարակեցությունն ու արդյունավետությունը տարբեր ոլորտներում.
Սթրես-լարվածության վերլուծության յուրացմամբ, մասնագետները կարող են տեղեկացված որոշումներ կայացնել նյութերի ընտրության հարցում, կառուցվածքային ամբողջականություն, և նորարարական դիզայն, երկարաժամկետ հուսալիության ապահովում ինժեներական կիրառություններում.
