Τι είναι η ισχύς απόδοσης;

Η αντοχή διαρροής ενός υλικού είναι το σημείο στο οποίο το υλικό παύει να είναι ελαστικό και γίνεται μόνιμα πλαστικό. Το μέγεθος της τάσης στο οποίο συμβαίνει αυτή η μετάβαση είναι γνωστό ως τάση διαρροής ή αντοχή του υλικού.

Το αν ένα υλικό είναι εύκαμπτο ή επίμονο μπορεί να διακριθεί από κάτι που ονομάζεται αντοχή διαρροής του. Το σημείο στο οποίο ένα υλικό παύει να είναι ελαστικό και γίνεται μόνιμα πλαστικό, το σημείο στο οποίο υποχωρεί, ονομάζεται σημείο διαρροής του.

Για έναν μηχανικό, η διεξοδική μελέτη των ιδιοτήτων ενός υλικού είναι απόλυτη αναγκαιότητα πριν προχωρήσει σε οποιοδήποτε νέο έργο. Φανταστείτε τις φρικτές συνέπειες αν οι μηχανικοί που κατασκεύαζαν τη Γέφυρα του Μπρούκλιν είχαν ξεδιάντροπα άγνοια και χρησιμοποιούσαν πλαστικό ή τούβλα αντί για χάλυβα. Από την άλλη πλευρά, αν τα περισσότερα από τα σημερινά παιχνίδια κατασκευάζονταν από ατσάλι και όχι από κάτι τόσο εύκαμπτο όσο το πλαστικό, θα ήταν αδύνατο να διαμορφωθούν στα πιο εκκεντρικά σχήματα που τόσο λατρεύουμε.

Πίστωση φωτογραφίας :Amerikaonly.nl

Το αν ένα υλικό είναι εύκαμπτο ή επίμονο μπορεί να διακριθεί από κάτι που ονομάζεται αντοχή διαρροής.

Το Γράφημα Stress-Strain

Η αντοχή ενός υλικού προσδιορίζεται από μια δοκιμή εφελκυσμού, μια δοκιμή που απαιτεί το υλικό να τραβηχτεί ανελέητα από τα δύο άκρα του. Η σχέση μεταξύ της τάσης στην οποία υπόκειται και της καταπόνησης που υφίσταται κατά συνέπεια μπορεί να περιοριστεί από ένα γράφημα που ονομάζεται καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης.

Έχουμε ήδη εξηγήσει λεπτομερώς το γράφημα σε προηγούμενο άρθρο, το οποίο θα βρείτε εδώ . Ωστόσο, αυτό θα είναι ένα γρήγορο μάθημα σύγκρουσης.

Η καμπύλη πίεσης-καταπόνησης.

Αρχικά, ένα υλικό, ακόμα και ο χάλυβας, συμπεριφέρεται σαν ελαστικό όταν τεντώνεται. Όταν βρίσκεται εντός του ορίου ελαστικότητας, η καταπόνηση που προκαλείται από την τάση είναι αναστρέψιμη. ναι, το υλικό επιμηκύνεται, αλλά μόλις απελευθερωθεί η πίεση, διατηρεί το αρχικό του μήκος. Αυτή η ελαστικότητα, ωστόσο, δεν είναι μόνιμη. Η υπερβολική πίεση θα παραμορφώσει ένα υλικό μόνιμα.

Στην πραγματικότητα, η εφαρμογή μεγαλύτερης πίεσης προκαλεί το σχηματισμό αυτού που ονομάζεται «λαιμός» κατά μήκος της παραμόρφωσης. Ο λαιμός είναι ανάλογος με τα σχοινιά του τυριού που μετά βίας συγκρατούν τη φέτα και την υπόλοιπη πίτσα μαζί. Μια ακόμη μεγαλύτερη πίεση θα σπάσει και το λαιμό — το υλικό τελικά υποκύπτει στο άγχος και υφίσταται ένα τραγικό σπάσιμο ή κάταγμα.

Λαιμός και κάταγμα.

Ισχύς απόδοσης

Κάθε υλικό σχεδιάζει τη δική του χαρακτηριστική καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης, η οποία μας επιτρέπει να προσδιορίσουμε ποιες εφαρμογές είναι κατάλληλες για τη χρήση του. Η καμπύλη κάθε υλικού παρουσιάζει διαφορετικά σημεία μετάβασης, από την ελαστικότητα στην πλαστικότητα και τέλος στη θραύση.

Το σημείο στο οποίο ένα υλικό παύει να είναι ελαστικό και γίνεται μόνιμα πλαστικό, το σημείο στο οποίο υποχωρεί, ονομάζεται σημείο διαρροής του. Το μέγεθος της τάσης στο οποίο συμβαίνει αυτή η μετάβαση είναι γνωστό ως τάση διαρροής ή αντοχή του υλικού. Η αντοχή διαρροής είναι μια σταθερά υλικού που αντιπροσωπεύει το όριο της ελαστικής συμπεριφοράς του. Τα όλκιμα υλικά όπως ο σίδηρος διαθέτουν υψηλότερες τιμές αντοχής σε διαρροή από τα πλαστικά, όπως το πολυαιθυλένιο.

Τόσο έντονες πιέσεις μπορεί να προκαλέσουν μόνιμες παραμορφώσεις.

Ένα όλκιμο υλικό όπως ο σίδηρος δεν παραμορφώνεται μόνιμα επειδή τα άτομα του «σπάνε», αλλά επειδή η πίεση που ασκείται είναι αρκετά πειστική ώστε να υπερνικήσει την ενέργεια του πλέγματος και να διαταράξει την άκαμπτη δομή του υλικού. αρκεί να εκτοπίσει κυριολεκτικά τα άτομα από τους κρυστάλλους του. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται κρυσταλλική εξάρθρωση.

Τα πλαστικά παραμορφώνονται πιο εύκολα επειδή υποκύπτουν σε εξαρθρώσεις πιο εύκολα από τα όλκιμα υλικά. Υπάρχουν επίσης εύθραυστα υλικά, τα οποία δεν έχουν καμία απολύτως έννοια τάσης διαρροής. Αυτά τα υλικά, όταν υποβάλλονται σε τάση μεγαλύτερη από την τάση διαρροής, όπως υποδηλώνει το όνομα, δεν υφίστανται καμία μετάβαση από την ελαστικότητα στην πλαστικότητα, αλλά αντ' αυτού σπάνε απευθείας.

Καμπύλες τάσης-παραμόρφωσης διαφορετικών τύπων υλικών.

Τέλος, επειδή η αντοχή διαρροής ενός υλικού ουσιαστικά καθορίζει την ανοχή του στην τάση, οι μηχανικοί συνειδητοποίησαν ότι έπρεπε να επινοήσουν έξυπνους τρόπους για να την αυξήσουν. Ένας τρόπος για να γίνει αυτό είναι να προσθέσετε ακαθαρσίες στο υλικό. Η ενισχυμένη πυκνότητα κάνει το υλικό να γίνει πιο ανεκτικό στις παραμορφώσεις, καθώς οι ακαθαρσίες μπορούν να γεμίσουν τα κενά που αφήνονται πίσω μετά από κρυσταλλικές εξαρθρώσεις. Κράματα όπως ο χάλυβας, τα οποία δημιουργούνται από την τροφοδοσία σιδήρου διαφόρων ειδών ακαθαρσιών, είναι τα καλύτερα παραδείγματα τέτοιων χειρισμών.

Ένας άλλος τρόπος για να επιτευχθεί μεγαλύτερη τάση διαρροής είναι ο χειρισμός του υλικού σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες αυξάνουν την καταπόνηση, καθώς η θερμική ενέργεια αναγκάζει τα άτομα να κινούνται έντονα και να μετατοπίζονται. Με το ήμισυ της εργασίας να έχει ήδη γίνει, μια εξωτερική τάση απαιτεί επομένως ακόμη λιγότερη ενέργεια από αυτή που θα απαιτούσε η αρχική τάση διαρροής του υλικού για να προκαλέσει εξαρθρώσεις και μόνιμη παραμόρφωση. Γιατί αλλιώς πιστεύετε ότι πρέπει να χτυπήσουμε όσο το σίδερο είναι ζεστό;