ردکردن این
Telegram-logo
Instagram-logo
Baner-MineJobs
Baner-dictionary

https://www.mining-eng.ir/?p=2568

مقدمه:

مقاومت ماده بستگی به قابلیت شکل پذیری و دوام آن در مقابل نیروهای وارده دارد. این ویژگی در مصالح باید از طریق آزمایش های تجربی تعیین شود . از جمله آزمایش هایی که در تعیین خواص مکانیکی مصالح مورد استفاده قرار می گیرد، آزمایش کشش است .نمونه های مورد آزمایش با توجه به شکل مصالح اولیه به صورت تخت و یا گرد ساخته شده آزمایش کشش بر روی آن ها انجام می شود.

آزمایش کشش فلزات یکی از آزمایشات مهم روی مصالح و از جمله ی آزمایشات استاتیکی است . بوسیله این آزمایش پدیده های فیزیکی مهمی نظیر تغییر فرم در اثر بار وارده , خاصیت الاستیکی, خاصیت پلاستیکی , گسیختگی و غیره مورد تحقیق قرار میگیرد و ضرایبی نظیر مدول یانگ , ضریب پواسون و غیره تعیین می شود . در آزمایش کشش نمونه های آزمایشی استانداردی بکار می رود .

نمونه آزمایش کشش :

 طول نمونه L برای نمونه های بلندA L=11.3√ برای نمونه های کوتاه L=5.65√A انتخاب می شود . ابعاد استاندارد نمونه های بلند عبارتند از :

 

L=200mm           d=20mm             A=3mm

اهدف آزمایش:

  • بررسی تغییر طول فلزات (به ویژه فولاد ، آلومینیوم)در مقابل نیروی کششی
  • تعیین ضریب پواسون و مدول ارتجاعی نمونه در دست آزمایش
  • آشنایی با روش کار دستگاه و نوع دستگاه آزمایش کشش
  • رسم منحنی تنش کرنش و یافتن نقاط مشخصه نمودار
  • رسم و بررسی منحنی های  p = f(Δ) ،(ε)f = σ
  • تعیین ناحیه پلاستیک و ناحیه الاستیک نمونه
  • تحقیق قانون هوک.

تئوری آزمایش:

آزمايش كشش فلزات يكي از آزمايشات مهم روي مصالح واز جمله آزمايشات استاتيكي است اين آزمايش اثر بار وارده را مورد تحقيق قرار مي دهد و ضرايبي نظير مدول يانگ،ضريب پواسون و غيره را تعيين مي كند در آزمايش كشش نمونه هاي آزمايشي استانداردي به كار مي رود.

 روی منحنی نمایش بار- تغییر طول یا < تنش – کرنش> نواحی ویا نقاط مشخصه را می توان مشخص نمود.ناحیه تناسبی که به بار حد تناسب محدود می گردد و تنش در این نقطه تنش حد تناسب نامیده می شود در این ناحیه اگر بار حذف شود تغییر شکل نیز محو می گردد به این دلیل به آن ناحیه الاستیک نیز می گویند در این ناحیه فلزات از قانون هوک تبعیت می کنند معمولا حد تناسب را مقدار کششی می دانند که به ازای آن تغییر طول دائمی به میزان 0.005 درصد طول اولیه در نمونه پدید آید.

دياگرام كشش:

روي منحني نمايش بار-تغيير طول يا (كرنش-تنش)نواحي ونقاط مشخصه را مي توان مشاهده كرد.

اگر بار حذف شود تغيير شكل نيز محو مي گردد به اين دليل به آن ناحيه الاستيك نيز مي گويند.

معمولا حد تناسبي را مقدار تنشي مي شناسند كه به ازاي آن تغيير طول درصد طول امليه در نمونه پديد آيد.

 

 

تنش و کرنش (stress and strain):

در منحنی تنش و کرنش ، تنش اسمی (نسبت بار به سطح مقطع اولیه) بر حسب کرنش اسمی (نسبت تغییر طول به طول اولیه) رسم شده است . به علت آن که سطح مقطع اولیه و طول اولیه برای تمام نیروهای وارده و تغییر طول ها یکسان است، بنابراین منحنی تنش و کرنش اسمی با شیب منحنی بار بر حسب تغییر طول متناسب است.

نقطه جاری یا تسلیم(Yield Point):

 در منحنی کشش فولاد نرم و بعضی از فلزات دیگر،نقطه به خصوصی به نام نقطه جاری بالا وجود دارد به طوری که بعد از آن ،تنش به طور ناگهانی افت می کند و نمونه در حدود 1/0% تا 2/0% تغییر طول نسبی می دهد ودر این هنگام ، تنش به مقدار تقریبا ثابتی به نام  تنش حد جاری پایین می رسد.

اما آلمینیم خالص از این نوع رفتار پیروی نمی کند. در منحنی اسمی تنش و تغییر شکل نسبی آلمینیم هیچ نقطه جاری مشخصی دیده نمی شود. بیشتر فلزات غیر آهنی نظیر مس، برنج، تیتانیم و اغلب فولادهای آلیاژی(به ویژه فولادهای ضدزنگ) دارای این نوع منحنی تنش و کرنش هستند.

مقاومت کششی نهایی((Ultimate Tensile Strength:

 معمولا فلزات نرم وقتی که مورد آزمایش کشش قرار می گیرند، تا زمانی که بار گذاری به نقطه حداکثر نرسیده، تقریبا طول آن ها به صورت یکنواخت افزوده می شود. بنابراین مقاومت کششی نهایی عبارتست از نسبت بار حداکثر بر سطح مقطع اولیه. اصطلاحاتی نظیرمقاومت کششی، مقاومت نهایی و یا تنش حداکثر نیز به جای مقاومت کششی نهایی به کار می رود.

 

باریک شدن(Necking):

 هر گاه نیروی کششی از بار حداکثر بیشتر شود، آن گاه ناپایداری کشش پلاستیکی به صورت باریک شدن موضعی در نمونه پدید می آید.

تنش وکرنش در قسمت باریک شدن بیش تر از قسمتهای دیگر نمونه است، بنابر این افزایش طول به قسمت باریک شده نمونه محدود می شود. در بررسی نتایج آزمایش کشش، همیشه باید این موضوع را به خاطر داشت که بعد از نقطه بار حداکثر، مقادیر کرنش چندان مفهومی ندارد، چون این مقادیر دیگر در سرتاسر طول نمونه یکنواخت نیست، به همین دلیل مقادیر تنش نیز مفهوم خود را از دست می دهد و تطابق کم تری با تنش های حقیقی در قسمت باریک شده نمونه دارد به طوری که تنش در این نقطه یکنواخت نبوده و حالت پیچیده ای دارد. اگر چه مقدار تنش اسمی در لحظه گسیختگی کم تر ازU.T.S  است، ولی مقدار حقیقی آن خیلی بیشتر است زیرا در لحظه گسیختگی، سطح مقطع نمونه در قسمت باریک شده خیلی کم تر از سطح مقطع اولیه است.(مبنای محاسبه تنش اسمی، مقطع اولیه است و تنش حقیقی بر مبنای سطح مقطع لحظه ای محاسبه می شود).

حد ارتجاعی (Elastic Limit):

 حد ارتجاعی هر جسمی تنش حداکثری است که اگر حذف شود طول جسم به حالت اولیه بر می گردد، و یا پس از حذف بار تغییر شکل دائمی بسیار جزئی در جسم پدید می آید.

حد خطی (Proportional Limit):

حد خطی تنشی است که بیشتر از آن، تناسب خطی ازدیاد طول با ازدیاد بار از بین می رود. مقدار حد ارتجاعی و حد خطی بسیار به هم نزدیک است به طوری که در عمل گاهی آن دو را یکی در نظر می گیرند.

ازدیاد طول ((Elongation:

ازدیاد طول عبارت است از نسبت افزایش طول نمونه در حالت گسیختگی به طول  اولیه آن. این نسبت بر حسب در صدی از طول اولیه نمونه بیان می شود. یعنی:

100× طول اولیه / (طول اولیه – طول در حالت گسیختگی )= در صد ازدیاد طول

100×{/ Lg (Lg – (Lf } = e%

باید به خاطر داشت که در مواد نرم، در صد ازدیاد طول با طول نمونه انتخاب شده تغییر می کند و علت آن باریک شدن موضعی است . به همین دلیل است که آزمایش کشش باید با طول نمونه استاندارد انجام پذیرد. طول نمونه یا شاخص متناسب برای نمونه با سطح مقطع اولیه مشخص برابر است با:

Lg  = 5.65√A0

کاهش در مقطع (Reduction in Area):

در نتیجه عمل باریک شدن ، سطح مقطع نمونه در محل گسیختگی به میزان زیادی کاهش می یابد.

مقاومت حد:

افزايش بيشتر بار در ناحيه پلاستيكي بلعث تغيير شكل بيشتر در فلز مي گردد اين نقطه را بار مقاومت وتنش مربوط را تنش حد مي نامند. در فلزات چكش خوار تغيير طول بعد از تنش در يك مقطع متمركز شده ودر آن مقطع نمونه شروع به باريك شدن مي كند و بار خود به خود افت مي يابد و لحظه اي بعد فلز پاره مي شود تنش مربوط به اين نقطه را تنش گسيختگي مي نامند.

خاصيت چكش خواري:

چكش خواري فلز توانايي تغيير شكل آن را در كشش استاتيكي قبل از پاره شدن نشان مي دهدمعيارهاي چكش خواري عبارتند از:

1-كرنش نهايي:عبارت است از نسبت افزايش طول نمونه پس از پارگي به طول اوليه نمونه كه به درصد بيان مي شود

2-كاهش نسبي سطح مقطع:عبارت است از نسبت كاهش سطح مقطع نمونه بعد از پارگي به سطح مقطع اوليه آن كه به درصد بيان مي شود.

انرژي كرنشي:

انرژي كرنشي ميله تحت كشش معادل است با مساحت زير منحني

انرژي مربوط به حد ارتجاعي را ضريب جهندگي و انرژي مربوط به حد گسيختگي را ضريب چقرمگي مي نامند بديهي است كه ضريب چقرمگي برابر است با مجموع انرژي هاي الاستيكي و پلاستيكي

 

شرح آزمایش :

قطر نمونه را چند بار اندازه گرفته معدل بگیرید . طول مربوط به این قطر را تعیین کرده .

عقربه آزاد صفحه اندازه گیری را به کمک پیچ وسط صفحه روی عقربه اصلی قرار داده و مقیاس صفحه را به کمک اهرم زیر و سمت چپ صفحه برابر مقیاس مورد نظر انتخاب نمایید . با زدن کلید I روی دستگاه اصلی ماشین را بکار انداخته و نمونه را به کمک اهرمهای طرف راست وچپ و کلید های سریع بالا و پایین در فک مربوطه قرار دهید . نمونه بایستی بطور قائم قرار گرفته باشد . کلید کشش را روی دستگاه اصلی و کلید روشن روی دستگاه اندازه گیری را بزنید .شیر خالص واقع در قسمت جلو و سمت چپ دستگاه اندازه گیری را کاملا بسته و شیر بارگذاری واقع در قسمت جلو و سمت راست را تدریجا باز کنید . عقربه ها تدریجا شروع به حرکت می کنند پس از آنکه عقربه ها 1000 کیلو گرم را نشان دادند شیر بارگذاری را بسته و شیر خالص را باز کنید تا عقربه اصلی تقریبا عدد صفر را نشان دهد . این عمل برای اطمینان از درگیری کامل فکهای نمونه می باشد . به کمک شیر بارگذاری سرعت بارگذاری را تنظیم نمایید سعی شود سرعت بارگذاری به حداقل ممکن تقلیل یابد . با همین سرعت بارگذاری را تا هنگام گسیختگی فلز ادامه دهید . پس از بارگذاری و شکستن نمونه قطر و طول نمونه را مجددا اندازه گیری نمایید . بعد از اتمام شیر بارگذاری را بسته و شیر خالص را باز کنید و سپس با زدن کلید قطع دستگاه را خاموش می کنیم .

براي بدست آوردن نمودار تنش –کرنش يك ماده ؛روي نمونه اي از آن آزمون کشش انجام ميشود

نمونه ها به دقت توسط کوليس اندازه گيري شده است .در دستگاه قرار ميگيرد.ميتوان فاصله بين دو فك دستگاه را بناميم.

با اعمال بار p طول اوليه افزايش مييابد.فاصله L روي سنجه عقربهاي خوانده ميشود وافزايش طول δ = L –  به ازای افزایش بار P ثبت می شود

با توجه به مقدار δ و P هر زوج مقدا ر σ  از تقسيم يعني سطح مقطع اوليه نمونه و   بر P و

بدست ميايد.  بر طول اوليه δ از تقسيم ε کرنش

روي محور طولي و عرضي نمودار تنش –کرنش بدست مي ايد.  σ و ε  با قرار دادن مقادير

نمودار تنش-کرنش مواد مختلف تفاوت زيادي با هم دارند وآزمونهاي کشش متفاوتي که روي يك ماده انجام مي شود که بسته به دماي نمونه وسرعت بار گذاري نتايج متفاوت بدست مي ايد.

با استفاده از نمودار تنش-کرنش برخي از مشخصه هاي مواد بدست مي ايدکه با آن مي توان گروههاي مختلف مواد را شناخت.و آنها را به دو مقوله وسيع بر مبناي اين مشخصه ها تقسيم کرد:

مواد شكل پذير و مواد شكننده.

مواد شكل پذير که شامل بسياري از آلياژهاي فلزات ديگر است ؛با قابليت تسليم در دماي عادي مشخص ميشوند.در بارگذاري ابتدا طول ان به صورت خطي و با آهنگ کم افزايش مي يابد.بنابراين قسمت اوليه نمودار تنش-کرنش ؛خط راستي با شيب تند است

اما بعد از رسيدن به تنش بحراني  نمونه با افزايش نسبتا کوچكي در بار تغيير شكل زيادي مي دهد.اين تغيير شكل در اثر لغزش ماده در امتداد صفحه هاي مايل است و بنابراين اساسا ناشي از تنش برشي است.ازدياد طول نمونه بعد از شروع تسليم ميتواند 200 برابر تغيير شكل آن قبل از تسليم باشد.با افزايش بار قطر بخشي از نمونه بر اثرناپايداري موضعي شروع به کاهش مي كند.اين پديده باريك شدگي نام دارد.بعد از شروع باريك شدگي؛براي ازدياد طول بيشتر نمونه بارهاي نسبتا کم کافي است تا سرانجام به گسيختگي برسد

گسيختگي در سطح مخروطي شكل رخ ميدهد که با سطح اوليه نمونه تقريبا زاويه ° 45 مي سازد.اين امر نشان مي دهد که در شكست مواد شكل پذير اساسا برش نقش دارد و تاييدي است بر اين مطلب که در بارگذاري محوري تنش برشي در سطح هايي آه با زاويه ° 45 مي سازند بيشترين مقدار است. در انجام ازمايش مي بينيم که مقاومت به ميزان کمي از بالاتر ميرود ؛که اين ناشي از خاصيتي از ماده به نام کرنش – سختي (سخت شدن در اثر کرنش) است.

روابط مورد نياز در آزمون کشش :

U

نمونه محاسبات و نتایج آزمایش :

L∆=L1-L0=151.1-138.1=13mm

Ψ=(A0-A1)*100/A0=(15.2²-7.6²)*100/15.2²=75%

 

رسم منحني و بحث در مورد آن:

با افزايش مقدار نيرو جسم گسيخته مي شود در مكاني از منحني با رسيدن به نقطه اي خاص از نيرو منحني شكل خط راست به خود گرفته و ديگر از آن حد بالاتر نمي رود.

نتايج مورد استفاده:

–    هر نوع نمونه اي نقطه تسليم خاص خود را دارد و با گذ شتن از اين نقطه نمونه از هم گسيخته مي شود.

–    مشخصه مواد شکننده آن است که گسيختگي بدون تغيير چشمگيرقبلي آهنگ ازدياد طول رخ می دهد بنابراين مواد شكننده تفاوتی بین استحكام نها يی و استحكام شكست وجود ندارد همچنین در  زمان گسيختگي کرنش در مواد شكننده خيلي کمتر از مواد شكل پذير است.

–    در مواد شكننده باريك شدگی وجود ندارد. از این مطلب نتیجه ميگيريم در شكست مواد شكننده اساسا تنش قائم نقش دارد.

–    نتيجه ديگر آنكه درآلومينيوم و بسياري از مواد شكل پذير ديگر ؛ آغاز تسليم با قسمت افقي نمودار تنش-کرنش مشخص نمي شود. اما تنش همچنان افزايش مييابد تا به استحكام نهايي برسيم ودر نهايت به گسيختگي ميرسد.

U 8

حد تناسب: 5800 نتوتن بر میلی متر مربع

حد تسلیم : 6000 نیوتن بر میلی متر مربع

تنش گسیختگی اسمی : 3800 نیوتن بر میلی متر مربع

تنش گسیختگی واقعی :

σ=3800*0.75=2850 N/mm²

مدول یانگ :

E=5800/3.2=1.8*10³N/mm²

ضریب پواسون :

ν=7.6/13=0.58

خاصیت چکش خواری:

ĺ – l)/l} *100= ((151.1-138.1)/138.1)*100= 9.413469)}

پاسخ به سوالات:

1-    چگونه میتوان دیاگرام تنش و کرنش واقعی را رسم کرد؟

اگر تنش از طریق تقسیم نیرو بر مساحت واقعی نمونه آزمایشی در لحظه اعمال نیرو محاسبه شود اصطلاحا تنش واقعی بدست می آید.نمودار تنش واقعی در مقابل کرنش را دیاگرام تنش و کرنش واقعی می نامند.

2-     اختلاف بین دیاگرام تنش و کرنش اسمی و دیاگرام تنش کرنش واقعی را شرح دهید؟

 با توجه به آن که دیاگرام تنش – کرنش اسمی نسبت بار وتغییر طول اولیه هستند و به علت آن که سطح مقطع اولیه و طول اولیه برای تمام نیرو های وارده و تغییر طول ها یکسان است ، بنابراین منحنی تنش و کرنش اسمی با شیب منحنی بار برحسب تغییر طول متناسب است. ولی با توجه به آن که در دیاگرام تنش و کرنش واقعی دیاگرام برحسب تغییر بار و تغییر طول لحظه ای رسم می گردد رفتار سازه را واقعی تر نشان می دهد.

 

3-    کدامیک از دیاگرام تنش و کرنش اسمی و تنش و کرنش واقعی اهمیت عملی بیشتری دارند؟ موارد کاربرد آنها را توضیح دهید.

دیاگرامهای تنش و کرنش واقعی در عمل به ندرت مورد استفاده قرار میگیرند و دیاگرامهای تنش و کرنش اسمی کاربردهای عملی بیشتری دارند و به اندازه و ابعاد نمونه آزمایشی و طول اندازه گیری آن بستگی ندارد.

این دیاگرامها برای مطالعه خواص مکانیکی مواد مورد استفاده قرار می گیرند.

4-    حد تسلیم بالا و حد تسلیم پایین یعنی چه؟

پس از آغاز تسلیم در گستره وسیعی از مقدار کرنش، مقدار تنش ثابت باقی می ماند. برای اینک افزایش طول نمونه ادامه یابد، باید تنش افزایش یابد تا به مقدار ماکزیمم برسد. پس از افزایش پیوسته بار مشاهده می شود که ناگهان بار به مقدار کمی کوچکتر تقلیل می یابد. بنابر این:

  • حد تسلیم بالایی دسترسی به بار پیش از شروع تسلیم است.
  • حد تسلیم پایینی نظیر بار لازم برای نگهداری تسلیم است.

5-    چگونه می توان تنش کششی مجاز را از روی دیاگرام تنش و کرنش بدست آورد؟

بار نهایی یعنی بیشترین باری که نمونه در آن می شکند یا شروع به حمل بار کمتری میکند را بر سطح مفطع نمونه تقسیم کرده تا تنش نهایی را بدست آورده و با توجه به ضریب اطمینان مورد استفاده میتوان تنش کششی مجاز را از فرمول محاسبه کرد.

 U 4

6-    در آزمایش کشش مقاومت یک پیچ بیشتر است یا مقاومت میله ای به قطر استوانه پای پیچ؟ توضیح دهید.

سطح مقطع پیچ بزرگتر از میله است در نتیجه طبق رابطه زیر تنش محوری در میله بزرگتر و مقاومت آن بیشتر است.

 U 5

7-    علت فنجانی شدن مقطع گسیخته شده در فولاد نرم چیست؟

چون مواد نرم در مقابل کرنش توان تحمل بالاتری دارند و افزایش طول نمونه پس از شروع تسلیم ممکن است 200 برابر تغییر شکل آن پیش از تسلیم باشد پس از اینکه بار به مقدار ماکزیمم معینی می رسد قطر قسمتی از نمونه در اثر ناپایداری موضعی شروی به کاهش می کند این پدیده را باریک شدن می نامند.

8-    چگونه میتوان از آزمایش کشش مدول برشی را تعیین کرد؟

 U 6

= کرنش برشی=تغییر شکل ( کاهش زاویه)

= زاویه ای که عضو پس از باریک شدگی با صفحه عمودی می سازد.

U 7

G= مدول صلابت (مدول برشی)

 

منابع :

  • خورشیدی ، بهزاد ، ” آزمایشگاه مقاومت مصالح ” انتشارات طلوع آزادی، چاپ اول ، تابستان 1383
  • دستور کار آزمایشگاه مقاومت مصالح.

جدیدترین مطالب رو در ایمیل خود دریافت کنید

این مطلب را با دوستان خود به اشتراک بگذارید

اشتراک گذاری در telegram
اشتراک گذاری در whatsapp
اشتراک گذاری در facebook
اشتراک گذاری در twitter
اشتراک گذاری در linkedin

شاید بپسندید

هنوز نظری ثبت نشده،نظر خود را ثبت کنید!


افزودن نظر

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

عضویت

 ورود به حساب کاربری

فرم گزارش

خواهشمند است، فرم را تکمیل و ارسال نمایید.

راهنمای دانلود

  • اگر نرم‌افزار مدیریت دانلود ندارید، قبل از دانلود هرگونه فایلی، یک نرم افزار مدیریت دانلود مانند IDM و یا FlashGet نصب کنید.
  • برای دانلود، به روی عبارت “دانلود” کلیک کنید و منتظر بمانید تا پنجره مربوطه ظاهر شود سپس محل ذخیره شدن فایل را انتخاب کنید و منتظر بمانید تا دانلود تمام شود.
  • در صورت بروز مشکل در دانلود فایل‌ها تنها کافی است در آخر لینک دانلود فایل یک علامت سوال ? قرار دهید تا فایل به راحتی دانلود شود.
  • فایل های قرار داده شده برای دانلود به منظور کاهش حجم و دریافت سریعتر فشرده شده‌اند، برای خارج سازی فایل‌ها از حالت فشرده از نرم‌افزار Winrar و یا مشابه آن استفاده کنید.
  • چنانچه در مقابل لینک دانلود عبارت بخش اول، دوم و … مشاهده کردید تمام بخش‌ها می‌بایستی حتماً دانلود شود تا فایل قابل استفاده باشد.
  • کلمه رمز جهت بازگشایی فایل فشرده عبارت www.mining-eng.ir می‌باشد. تمامی حروف را می بایستی به صورت کوچک تایپ کنید و در هنگام تایپ به وضعیت EN/FA کیبورد خود توجه داشته باشید همچنین بهتر است کلمه رمز را تایپ کنید و از Copy-Paste آن بپرهیزید.
  • چنانچه در هنگام خارج سازی فایل از حالت فشرده با پیغام CRC مواجه شدید، در صورتی که کلمه رمز را درست وارد کرده باشید. فایل به صورت خراب دانلود شده است و می‌بایستی مجدداً آن را دانلود کنید.
با استفاده از این وب سایت، شما موافقت می‌کنید برای ارائه تجربه دلنشین‌تر برای شما از کوکی‌ها استفاده نماییم
این شامل اطلاعات خصوصی شما نخواهد بود