VAD ÄR AVKASTNINGSINSATSER OCH HUR FÅR MAN DET? - FYSISK - 2025

Den sträckgräns definieras som den ansträngning som krävs för ett objekt för att börja att permanent deformeras, det vill säga, för att genomgå plastisk deformation utan att brista eller spräckning.

Eftersom denna gräns kan vara lite upresis för vissa material och noggrannheten för den använda utrustningen är en viktfaktor, har det inom teknik fastställts att avkastningsspänningen i metaller såsom konstruktionsstål är en som ger 0,2% permanent deformation i objektet.

Bild 1. Material som används i konstruktion testas för att bestämma hur mycket spänning de kan motstå. Källa: Pixabay.

Att känna till värdet på avkastningsspänningen är viktigt att veta om materialet är lämpligt för den användning som du vill ge till de delar som tillverkas med det. När en del har deformerats utanför den elastiska gränsen kanske den inte kan utföra sin avsedda funktion korrekt och måste bytas ut.

För att uppnå detta värde utförs tester vanligtvis på prover gjorda med materialet (provrör eller prov), som utsätts för olika påfrestningar eller belastningar, medan man mäter töjningen eller sträckningen som de upplever med var och en. Dessa tester är kända som dragprov.

För att utföra ett dragprov, börja med att applicera en kraft från noll och öka gradvis värdet tills provet går sönder.

Sänk spänningskurvor

Dataparen som erhållits genom dragprovet planeras genom att placera lasten på den vertikala axeln och belastningen på den horisontella axeln. Resultatet är ett diagram som visas nedan (figur 2), kallat spänning-töjningskurvan för materialet.

Ur det bestäms många viktiga mekaniska egenskaper. Varje material har sin egen stress-töjningskurva. En av de mest studerade är till exempel konstruktionsstål, även kallat mjukt eller lågkolstål. Det är ett material som används allmänt i konstruktion.

Spänning-töjningskurvan har distinkta områden där materialet har ett visst beteende beroende på den applicerade belastningen. Deras exakta form kan variera avsevärt, men de har ändå vissa egenskaper gemensamt, som beskrivs nedan.

För vad som följer se figur 2, som i mycket generella termer motsvarar konstruktionsstål.

Bild 2. Spänning-töjningskurva för stål. Källa: modifierad från Hans Topo1993

Elastisk zon

Området från O till A är det elastiska området, där Hookes lag är giltig, där spänningen och belastningen är proportionell. I denna zon återvinns materialet helt efter applicering av spänningen. Punkt A kallas proportionalitetsgränsen.

I vissa material är kurvan som går från O till A inte en rak linje, men ändå är de fortfarande elastiska. Det viktiga är att de återgår till sin ursprungliga form när laddningen upphör.

Elastisk plastzon

Därefter har vi regionen från A till B, där deformationen ökar snabbare med ansträngningen, vilket lämnar båda inte proportionella. Kurvens lutning minskar och vid B blir den horisontell.

Från punkt B återvinner materialet inte längre sin ursprungliga form och värdet på spänningen vid den punkten anses vara värdet av strömspänningen.

Området från B till C kallas materialets utbyte eller krypningszon. Där fortsätter deformationen även om belastningen inte ökar. Det kan till och med minska, varför det sägs att materialet i detta tillstånd är helt plastiskt.

Plastzon och fraktur

I regionen från C till D inträffar töjningshärdning, där materialet uppvisar förändringar i dess struktur på molekyl- och atomnivå, vilket kräver större ansträngningar för att uppnå deformationer.

Av denna anledning upplever kurvan en tillväxt som slutar när den maximala spänningen når max σ _max.

Från D till E är fortfarande deformation möjlig men med mindre belastning. En typ av gallring bildas i provet (provet) som kallas striktur, vilket så småningom leder till att brottet observeras vid punkt E. Men redan vid punkt D kan materialet anses vara trasigt.

Hur får man avkastningsinsatsen?

Den elastiska gränsen L _e hos ett material är den maximala påkänningen som den kan motstå utan att förlora elasticitet. Det beräknas genom kvoten mellan storleken av den största kraft F _m och tvärsnittsarean av provet A.

L _e = F _m / A

Enheterna för den elastiska gränsen i det internationella systemet är N / m ² eller Pa (Pascals) eftersom det är en stress. Den elastiska gränsen och proportionalitetsgränsen vid punkt A är mycket nära värden.

Men som sagt i början är det kanske inte lätt att bestämma dem. Den sträckgräns som erhålls genom spänning-töjningskurvan är den praktiska tillnärmningen till den elastiska gränsen som används vid konstruktion.

Ge spänning från stress-belastningskurvan

För att erhålla den dras en linje parallellt med linjen som motsvarar den elastiska zonen (den som följer Hookes lag) men förskjuts ungefär 0,2% i horisontell skala eller 0,002 tum per tum av deformation.

Denna linje sträcker sig tills den korsar kurvan vid en punkt vars vertikala koordinat är det önskade strömspänningsvärdet, betecknat som σ _y , såsom visas i figur 3. Denna kurva tillhör ett annat smidigt material: aluminium.

Figur 3. Spänning-töjningskurva för aluminium, från vilken avkastningspänningen bestäms i praktiken. Källa: självgjord.

Två duktila material som stål och aluminium har olika spänningskurvor. Aluminium har till exempel inte den ungefär horisontella sektionen av stål som ses i föregående sektion.

Andra material som anses vara ömtåliga, såsom glas, går inte igenom de steg som beskrivs ovan. Brott inträffar långt innan märkbara deformationer inträffar.

Viktiga detaljer att komma ihåg

- De styrkor som beaktas i princip tar inte hänsyn till den modifiering som utan tvekan inträffar i provets tvärsnittsområde. Detta inducerar ett litet fel som korrigeras genom att grafera de verkliga spänningarna, de som tar hänsyn till minskningen i området när deformationen av provet ökar.

- De betraktade temperaturerna är normala. Vissa material är smidiga vid låga temperaturer och är inte längre smidiga, medan andra spröda uppför sig som smidiga vid högre temperaturer.

referenser

1. Beer, F. 2010. Materialmekanik. McGraw Hill. 5:e. Utgåva. 47-57.
2. Engineers Edge. Sträckgräns. Återställd från: engineersedge.com.
3. Kryp stress. Återställs från: instron.com.ar
4. Valera Negrete, J. 2005. Anteckningar om allmän fysik. UNAM. 101-103.
5. Wikipedia. Krypa. Återställd från: Wikipedia.com