ความพยายามในการให้ผลตอบแทนคืออะไรและจะได้รับมาได้อย่างไร? - กายภาพ - 2025

ความเครียดอัตราผลตอบแทนที่ถูกกำหนดให้เป็นความพยายามที่จำเป็นสำหรับวัตถุที่จะเริ่มต้นอย่างถาวรเบี้ยวนั่นคือการได้รับการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติกโดยไม่ทำลายหรือพร่าพราย

เนื่องจากขีด จำกัด นี้อาจไม่ชัดเจนสำหรับวัสดุบางชนิดและความแม่นยำของอุปกรณ์ที่ใช้เป็นปัจจัยด้านน้ำหนักในทางวิศวกรรมจึงได้กำหนดให้ความเค้นผลผลิตในโลหะเช่นเหล็กโครงสร้างเป็นสิ่งที่ก่อให้เกิดการเสียรูปถาวร 0.2% ใน วัตถุ.

รูปที่ 1. วัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างจะได้รับการทดสอบว่าสามารถทนต่อความเครียดได้มากเพียงใด ที่มา: Pixabay

การทราบค่าความเค้นของผลผลิตเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าวัสดุนั้นเหมาะสมกับการใช้งานหรือไม่ซึ่งคุณต้องการให้ชิ้นส่วนที่ผลิตขึ้นด้วย เมื่อชิ้นส่วนเสียรูปเกินขีด จำกัด ยางยืดอาจไม่สามารถทำงานตามที่ตั้งใจไว้ได้อย่างถูกต้องและต้องเปลี่ยนใหม่

เพื่อให้ได้ค่านี้โดยปกติการทดสอบจะดำเนินการกับตัวอย่างที่ทำด้วยวัสดุ (หลอดทดลองหรือชิ้นงานทดสอบ) ซึ่งต้องได้รับความเค้นหรือแรงต่างๆในขณะที่วัดการยืดตัวหรือการยืดที่สัมผัสกับแต่ละชิ้น การทดสอบเหล่านี้เรียกว่าการทดสอบแรงดึง

ในการทดสอบแรงดึงให้เริ่มต้นด้วยการใช้แรงจากศูนย์และค่อยๆเพิ่มค่าจนกระทั่งตัวอย่างแตก

เส้นโค้งความเครียด

คู่ข้อมูลที่ได้จากการทดสอบแรงดึงจะถูกวางแผนโดยการวางโหลดบนแกนแนวตั้งและความเครียดบนแกนนอน ผลลัพธ์ที่ได้คือกราฟดังที่แสดงด้านล่าง (รูปที่ 2) เรียกว่าเส้นโค้งความเค้น - ความเครียดสำหรับวัสดุ

จากนั้นคุณสมบัติเชิงกลที่สำคัญหลายประการจะถูกกำหนด วัสดุแต่ละชนิดมีเส้นโค้งความเค้น - ความเครียดของตัวเอง ตัวอย่างเช่นหนึ่งในการศึกษามากที่สุดคือเหล็กโครงสร้างหรือที่เรียกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำหรืออ่อน เป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการก่อสร้าง

เส้นโค้งความเค้น - ความเครียดมีลักษณะเฉพาะที่วัสดุมีพฤติกรรมบางอย่างตามภาระที่ใช้ รูปร่างที่แน่นอนอาจแตกต่างกันไปมาก แต่ก็ยังมีลักษณะบางอย่างที่เหมือนกันซึ่งอธิบายไว้ด้านล่าง

สำหรับสิ่งต่อไปนี้ดูรูปที่ 2 ซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดทั่วไปของเหล็กโครงสร้าง

รูปที่ 2. เส้นโค้งความเค้น - ความเครียดสำหรับเหล็ก ที่มา: แก้ไขจาก Hans Topo1993

โซนยืดหยุ่น

พื้นที่จาก O ถึง A คือพื้นที่ยืดหยุ่นโดยที่กฎของ Hooke นั้นถูกต้องซึ่งความเค้นและความเครียดเป็นสัดส่วน ในโซนนี้วัสดุจะได้รับการกู้คืนอย่างสมบูรณ์หลังจากการใช้ความเค้น จุด A เรียกว่าขีด จำกัด ของสัดส่วน

ในวัสดุบางชนิดเส้นโค้งที่เปลี่ยนจาก O ถึง A ไม่ใช่เส้นตรง แต่ถึงกระนั้นก็ยังยืดหยุ่นได้ สิ่งสำคัญคือพวกมันกลับสู่รูปร่างเดิมเมื่อการชาร์จหยุดลง

โซนยืดหยุ่นพลาสติก

ต่อไปเรามีพื้นที่จาก A ถึง B ซึ่งการเปลี่ยนรูปจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วด้วยความพยายามทำให้ทั้งสองไม่ได้สัดส่วน ความชันของเส้นโค้งจะลดลงและที่ B จะกลายเป็นแนวนอน

จากจุด B วัสดุจะไม่คืนรูปร่างเดิมอีกต่อไปและค่าของความเค้น ณ จุดนั้นจะถือว่าเป็นความเค้นของผลผลิต

พื้นที่จาก B ถึง C เรียกว่าพื้นที่ผลผลิตหรือพื้นที่คืบของวัสดุ การเปลี่ยนรูปยังคงดำเนินต่อไปแม้ว่าภาระจะไม่เพิ่มขึ้นก็ตาม มันอาจลดลงด้วยซ้ำซึ่งเป็นสาเหตุที่กล่าวกันว่าวัสดุในสภาพนี้เป็นพลาสติกที่สมบูรณ์แบบ

โซนพลาสติกและการแตกหัก

ในภูมิภาคจาก C ถึง D จะเกิดการแข็งตัวของความเครียดซึ่งวัสดุจะแสดงการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในระดับโมเลกุลและระดับอะตอมซึ่งต้องใช้ความพยายามมากขึ้นเพื่อให้เกิดการเปลี่ยนรูป

ด้วยเหตุนี้เส้นโค้งจึงประสบกับการเติบโตที่สิ้นสุดลงเมื่อถึงความพยายาม_{สูงสุด} σ _{สูงสุด}

จาก D ถึง E ยังคงมีการเสียรูปได้ แต่มีน้ำหนักบรรทุกน้อยกว่า การทำให้ผอมบางเกิดขึ้นในตัวอย่าง (ชิ้นงาน) ที่เรียกว่าการตีบซึ่งในที่สุดจะนำไปสู่การแตกหักที่จุด E อย่างไรก็ตามเมื่อถึงจุด D แล้ววัสดุสามารถพิจารณาได้ว่าแตกหัก

วิธีการได้รับผลตอบแทนความพยายาม?

ขีดจำกัดความยืดหยุ่น L _eของวัสดุคือความเค้นสูงสุดที่สามารถทนได้โดยไม่สูญเสียความยืดหยุ่น คำนวณโดยผลหารระหว่างขนาดของแรงสูงสุด F _mและพื้นที่หน้าตัดของตัวอย่าง A

L _e = F _m / A

หน่วยของขีด จำกัด ยืดหยุ่นในระบบสากลคือ N / m ²หรือ Pa (Pascals) เนื่องจากเป็นความเค้น ขีด จำกัด ยืดหยุ่นและขีด จำกัด ตามสัดส่วนที่จุด A เป็นค่าที่ใกล้เคียงกันมาก

แต่อย่างที่กล่าวไว้ในตอนต้นพวกเขาอาจไม่ง่ายที่จะตรวจสอบ ความเค้นผลผลิตที่ได้จากเส้นโค้งความเค้น - ความเครียดคือค่าประมาณในทางปฏิบัติของขีด จำกัด ยืดหยุ่นที่ใช้ในงานวิศวกรรม

รับความเครียดจากเส้นโค้งความเค้น - ความเครียด

เพื่อให้ได้มานั้นเส้นจะลากขนานกับเส้นที่สอดคล้องกับเขตยืดหยุ่น (เส้นที่ปฏิบัติตามกฎของ Hooke) แต่จะเคลื่อนย้ายไปประมาณ 0.2% ในแนวนอนหรือ 0.002 นิ้วต่อนิ้วของการเสียรูป

เส้นนี้ขยายออกไปจนตัดกับเส้นโค้ง ณ จุดที่มีพิกัดแนวตั้งเป็นค่าความเค้นผลผลิตที่ต้องการแสดงเป็นσ _yดังแสดงในรูปที่ 3 เส้นโค้งนี้เป็นของวัสดุเหนียวอีกชนิดหนึ่งคืออลูมิเนียม

รูปที่ 3. เส้นโค้งความเค้น - ความเครียดสำหรับอลูมิเนียมซึ่งจะกำหนดความเครียดผลผลิตในทางปฏิบัติ ที่มา: self made.

วัสดุเหนียวสองชนิดเช่นเหล็กและอลูมิเนียมมีเส้นโค้งความเครียดและความเครียดที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นอลูมิเนียมจะไม่มีส่วนเหล็กในแนวนอนคร่าวๆให้เห็นในส่วนก่อนหน้า

วัสดุอื่น ๆ ที่ถือว่าเปราะบางเช่นแก้วอย่าผ่านขั้นตอนที่อธิบายไว้ข้างต้น การแตกร้าวเกิดขึ้นนานก่อนที่จะเกิดการผิดรูปที่เห็นได้ชัด

รายละเอียดสำคัญที่ควรทราบ

- กองกำลังที่พิจารณาโดยหลักการไม่คำนึงถึงการดัดแปลงที่เกิดขึ้นอย่างไม่ต้องสงสัยในพื้นที่หน้าตัดของชิ้นงานทดสอบ สิ่งนี้ก่อให้เกิดข้อผิดพลาดเล็กน้อยที่ได้รับการแก้ไขโดยการสร้างกราฟความเค้นจริงซึ่งคำนึงถึงการลดลงของพื้นที่เมื่อความผิดปกติของชิ้นงานเพิ่มขึ้น

- อุณหภูมิถือว่าเป็นปกติ วัสดุบางชนิดมีความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำและไม่เหนียวอีกต่อไปในขณะที่วัสดุที่เปราะบางชนิดอื่น ๆ จะมีลักษณะเหนียวที่อุณหภูมิสูงขึ้น

อ้างอิง

1. เบียร์, ฉ. 2553. กลศาสตร์ของวัสดุ. McGraw Hill 5 ฉบับ 47-57
2. วิศวกร Edge ความแข็งแรงของผลผลิต ดึงมาจาก: engineeredge.com.
3. เหยียบความเครียด ดึงมาจาก: instron.com.ar
4. Valera Negrete, J. 2005. หมายเหตุเกี่ยวกับฟิสิกส์ทั่วไป. ไต้หวัน 101-103
5. วิกิพีเดีย เล็ดลอด สืบค้นจาก: Wikipedia.com