Αντοχή διαρροής

Η αντοχή διαρροής είναι μια λέξη που αναφέρεται στη μεγαλύτερη τάση που μπορεί να δημιουργηθεί σε ένα υλικό χωρίς να προκαλεί πλαστική παραμόρφωση. Η αντοχή διαρροής είναι μια καλή εκτίμηση του ορίου ελαστικότητας ενός υλικού. Ορίζεται ως το σημείο τάσης στο οποίο ένα υλικό παραμορφώνεται μόνιμα. Το υλικό θα λυγίσει ελαστικά πριν φτάσει στο σημείο διαρροής, αλλά θα επανέρχεται πάντα στο αρχικό του σχήμα όταν αφαιρεθεί η ασκούμενη δύναμη. Μόλις επιτευχθεί το σημείο διαρροής, ένα μικρό ποσοστό της παραμόρφωσης είναι μη αναστρέψιμο.

Σημασία της ισχύος απόδοσης 

Η κατανόηση και η εξοικείωση με την αντοχή διαρροής ενός υλικού είναι κρίσιμη για την ανάπτυξη και την παραγωγή εξαρτημάτων, καθώς αντικατοπτρίζει το μέγιστο όριο φορτίου της ουσίας. Ως αποτέλεσμα, η αντοχή διαρροής είναι κρίσιμη στις διαδικασίες παραγωγής που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή μιας ποικιλίας υλικών, όπως η συμπίεση, η έλαση ή η σφυρηλάτηση. Τυπικά, η αντοχή διαρροής μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και αυξάνεται με τον ρυθμό παραμόρφωσης. Όταν το πρώτο δεν είναι αληθές, η ουσία λέγεται ότι εμφανίζει μια «ανωμαλία αντοχής διαρροής/καταπόνησης», ένα φαινόμενο που παρατηρείται συχνά στα σούπερ κράματα. Αυτά τα υλικά χρησιμοποιούνται συχνά για εφαρμογές που απαιτούν εξαιρετική αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες. Η αντοχή διαρροής ενός υλικού είναι ιδιαίτερα κρίσιμη όταν δημιουργούνται κατασκευές που μπορεί να υποστούν απροσδόκητα φορτία κρούσης, όπως σεισμοί. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, η πλαστική περιοχή του υλικού γίνεται κρίσιμη, αφού απορροφά το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας. Έτσι, η ικανότητα ενός υλικού να αντέχει απροσδόκητες πιέσεις και φορτία για μεγάλο χρονικό διάστημα επιτρέπει την εφαρμογή μέτρων ασφαλείας.

Τύπος για τον υπολογισμό της ισχύος απόδοσης

Οι μηχανικοί και οι επιστήμονες βασίζονται σε έναν αριθμό τύπων που περιγράφουν τη μηχανική συμπεριφορά των υλικών για την επίλυση προβλημάτων τάσης διαρροής. Η τελική καταπόνηση που μπορεί να αντέξει ένα υλικό, είτε είναι τάση, συμπίεση, διάτμηση ή κάμψη, είναι η μέγιστη καταπόνηση που μπορεί να αντέξει. Η τάση διαρροής είναι η τιμή τάσης που προκαλεί πλαστική παραμόρφωση. Μπορεί να είναι δύσκολο να προσδιοριστεί ένας ακριβής αριθμός για την τάση διαρροής.

Η τάση διαρροής ποσοτικοποιείται χρησιμοποιώντας μια ποικιλία τύπων, συμπεριλαμβανομένου του Modulus του Young, της εξίσωσης τάσης, του κανόνα μετατόπισης 0,2 τοις εκατό και του κριτηρίου von Mises.

Μονάδα του Young

Το Modulus του Young είναι η κλίση του ελαστικού τμήματος της καμπύλης τάσης-παραμόρφωσης του υλικού. Οι μηχανικοί δημιουργούν καμπύλες τάσης-παραμόρφωσης δοκιμάζοντας και συσσωρεύοντας επανειλημμένα δεδομένα σε δείγματα υλικών. Ο υπολογισμός του μέτρου του Young (E) είναι τόσο εύκολος όσο η ανάγνωση των τιμών της τάσης και της παραμόρφωσης από ένα γράφημα και η διαίρεση με την τάση.

Εξίσωση στρες

Η ακόλουθη εξίσωση συσχετίζει το στρες (σίγμα) με την καταπόνηση (έψιλον):

σ=E×ϵ

Αυτός ο σύνδεσμος ισχύει μόνο σε περιοχές όπου ισχύει ο νόμος του Χουκ. Ο νόμος του Hooke υποστηρίζει ότι ένα ελαστικό υλικό περιέχει μια δύναμη αποκατάστασης ανάλογη με την απόσταση που τεντώνεται. Επειδή η τάση διαρροής εμφανίζεται στο σημείο της πλαστικής παραμόρφωσης, υποδηλώνει το τέλος της ελαστικής περιοχής. Υπολογίστε την τιμή της τάσης διαρροής χρησιμοποιώντας αυτήν την εξίσωση.

Ο κανόνας μετατόπισης 0,2 τοις εκατό

Ο κανόνας μετατόπισης 0,2 τοις εκατό είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη εκτίμηση μηχανικής για την τάση διαρροής. Για να χρησιμοποιήσετε αυτόν τον κανόνα, ας υποθέσουμε ότι η τάση απόδοσης είναι 0,2 τοις εκατό και πολλαπλασιαστεί με το συντελεστή Young's του υλικού:

σ=0,002×Ε

Οι μηχανικοί το αναφέρουν συχνά ως "αντίσταση τάσης απόδοσης" για να το διακρίνουν από άλλους υπολογισμούς.

Κριτήρια Von Mises

Ενώ η προσέγγιση μετατόπισης είναι κατάλληλη για τάση κατά μήκος ενός μόνο άξονα, ορισμένες εφαρμογές απαιτούν μια φόρμουλα που να είναι ικανή να χειρίζεται δύο άξονες. Εφαρμόστε το κριτήριο von Mises σε αυτά τα ζητήματα:

(σ1​−σ2​)²+σ1²​+σ2²​=2σ(y)

Πού

σ1 =x-κατεύθυνση μέγιστη διατμητική τάση

σ2 =y-κατεύθυνση μέγιστη διατμητική τάση και

σ(y) =τάση διαρροής.

Συμπέρασμα

Η αντοχή διαρροής ενός υλικού προσδιορίζεται με τη χρήση μιας δοκιμής εφελκυσμού. Η καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης χρησιμοποιείται για την απεικόνιση των αποτελεσμάτων των δοκιμών. Η αντοχή διαρροής ενός υλικού καθορίζεται από την τάση στην οποία η καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης αποκλίνει από την αναλογικότητα. Οι γραμμικές ελαστικές ιδιότητες ορισμένων πολυμερών προκαλούν το υλικό να τεντώνεται γραμμικά ελαστικά και όταν το υλικό επιτυγχάνει τη μέγιστη αντοχή του, σπάει. Ορισμένες μέθοδοι υλικού μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ενίσχυση της αντοχής διαρροής ενός υλικού. Ωστόσο, ο καθορισμός ενός ακριβούς σημείου διαρροής για ορισμένα υλικά από την καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης είναι προβληματικός. Αυτό συμβαίνει επειδή το σημείο διαρροής αυτών των υλικών δεν εμφανίζεται απότομα. Αντίθετα, συμβαίνει σε ένα εύρος.