Կոտրվածքի ամրության հասկացումը. Հիմնական հասկացություններ, թեստեր և կիրառություններ

Կոտրվածքի դիմադրությունը հիմնարար հատկություն է, որը կարևոր դեր է խաղում նյութագիտության և ճարտարագիտության մեջ՝ օգնելով որոշել, թե ինչպես կվարվի նյութը լարվածության տակ, մասնավորապես, երբ այն ենթարկվում է փչացման: Այն պատկերացում է տալիս նյութի կողմից կոտրվելուց առաջ դիմանալու առավելագույն լարվածության մասին՝ ինժեներներին և նյութագետներին տրամադրելով տարբեր կիրառությունների համար համապատասխան նյութեր ընտրելու համար անհրաժեշտ տվյալները: Այս համապարփակ հոդվածում մենք կուսումնասիրենք, թե ինչ է կոտրվածքի դիմադրությունը, դրա նշանակությունը, կոտրման տարբեր եղանակները և թե ինչպես այն կարող է փորձարկվել արտադրական միջավայրում: Բացի այդ, մենք կանդրադառնանք կոտրվածքի կայունության փորձարկման հետ կապված մարտահրավերներին և լարվածություն-դեֆորմացիա կորը հասկանալու կարևորությանը:

Ի՞նչ է կոտրվածքի դիմադրությունը:

Կոտրվածքի դիմադրությունը վերաբերում է նյութի կողմից կրած առավելագույն լարվածության կամ ուժի քանակին, նախքան աղետալի կոտրումը, որը բնութագրվում է կոտրվածքով: Այս կոտրումը տեղի է ունենում, երբ նյութի ներքին կառուցվածքը այլևս ի վիճակի չէ դիմակայել կիրառված բեռին, ինչը հանգեցնում է ճաքի տարածման, որը, ի վերջո, հանգեցնում է ամբողջական կոտրման: Սովորաբար արտահայտվում է ճնշման միավորներով, ինչպիսիք են՝պասկալներ (Պա) or ֆունտ մեկ քառակուսի դյույմի համար (psi), կոտրման ամրությունը կարևոր հատկություն է, որը օգնում է ինժեներներին կանխատեսել, թե ինչպես կգործեն նյութերը իրական աշխարհի պայմաններում, հատկապես կառուցվածքային կիրառություններում, որտեղ փչացումը կարող է աղետալի լինել։

Նյութի կոտրման դիմադրությունը կախված է մի շարք գործոններից, այդ թվում՝բյուրեղային ցանցի կազմը, համաձուլվածքային կամ կոմպոզիտային կառուցվածք, ևարտադրական գործընթացներներգրավված։ Նյութերը ցուցաբերում են կոտրման դիմադրության տարբեր մակարդակներ, որոնք հիմնականում պայմանավորված են իրենց ատոմային դասավորությամբ և ատոմների միջև կապի տեսակով։

Կոտրվածքի դիմադրության վրա հիմնված նյութերի տեսակները.

• Փխրուն նյութերԲետոնը, կերամիկան և մոխրագույն թուջը հաճախ ամուր են սեղմման տակ, բայց ցուցաբերում են ցածր կոտրման դիմադրություն։ Այս նյութերը կարող են լավ դիմակայել սեղմման ուժերին, բայց հեշտությամբ փչանում են ձգման կամ ծռման լարումների տակ։
• Դյուրակիր նյութերՄեղմ պողպատը, ալյումինը և շատ պոլիմերներ, որպես կանոն, ունեն ավելի ցածր սեղմման դիմադրություն, բայց ավելի բարձր կոտրման դիմադրություն։ Այս նյութերը կարող են պլաստիկորեն դեֆորմացվել մինչև փչանալը, ինչը թույլ է տալիս նրանց կլանել էներգիա և դիմակայել ավելի մեծ լարվածություններին առանց ճաքերի։

Կոտրվածքի ամրությունը կարող է զգալիորեն փոխվել՝արտաքին գործոններինչպիսիք են ջերմաստիճանը, բեռնման արագությունը, նյութի վրա թերությունների կամ թերացումների առկայությունը և կիրառվող լարման բնույթը (ձգման, սեղմման, կտրման և այլն):

Նյութերում կոտրման եղանակները

Կոտրման տարբեր ռեժիմների ըմբռնումը օգնում է որոշել, թե ինչպես կարձագանքի նյութը տարբեր լարվածության սցենարների դեպքում: Կոտրման ամենատարածված ռեժիմներն են ձգման, սեղմման և ծռման կոտրվածքները: Յուրաքանչյուր ռեժիմ ներառում է լարվածության տարբեր բաշխումներ և կոտրման մեխանիզմներ:

1. Ձգման կոտրվածք.

Ձգման կոտրվածքը տեղի է ունենում, երբ նյութը ենթարկվում է արտաքին ուժի, որը այն քաշում է մեկ առանցքի երկայնքով։ Այս տեսակի կոտրվածքը սովորաբար տեղի է ունենում մաքուր լարվածության տակ գտնվող նյութերում և բնութագրվում է նյութի բաժանմամբ կամ պատռվածքով կիրառվող ձգման բեռին ուղղահայաց հարթության երկայնքով։

• Սկզբնական դեֆորմացիաՆյութը սկզբում ենթարկվում էառաձգական դեֆորմացիա, որտեղ նյութը երկարում է կիրառվող բեռի ուղղությամբ։ Դեֆորմացիան վերականգնվող է, ինչը նշանակում է, որ նյութը վերադառնում է իր սկզբնական ձևին, երբ ուժը վերանում է։
• Պարանոցի ամրացումԲեռի մեծացմանը զուգընթաց, տեղայնացված հատվածը սկսում է ավելի զգալիորեն դեֆորմացվել։ Այս փուլը, որը հայտնի է որպեսպարանոցի, առաջացնում է լայնական հատույթի մակերեսի կրճատում առավելագույն լարման կետում։ Նյութը ձգվում է, և դրա բյուրեղային սահմանները սահում են։
• Առավելագույն ձգման ամրություն (UTS)Վերջնական ձգման ամրությունը վերաբերում է նյութի կողմից դիմանալու առավելագույն լարմանը, նախքան պարանոցի հատվածը կդառնա կրիտիկական, ինչը կհանգեցնի կոտրվածքի արագ տարածմանը ամբողջ լայնական հատույթով։

2. Սեղմող կոտրվածք։

Սեղմող կոտրվածքը տեղի է ունենում, երբ նյութը ենթարկվում է ուժերի, որոնք այն մղում են բեռի առանցքի երկայնքով։ Այս տեսակի կոտրվածքի արդյունքում՝ուռուցիկ, ջախջախիչ, ևմասնատումնյութի։ Սեղմող կոտրվածքները սովորաբար հանգեցնում են բազմակի կոտրվածքների, քանի որ նյութը դժվարանում է դիմադրել կիրառվող սեղմող լարմանը։

• Առաձգական դեֆորմացիաՍկզբնական փուլում նյութը ենթարկվում էառաձգական դեֆորմացիա, որը կարող է վերականգնվել բեռի վերացումից հետո։ Սակայն, բեռի մեծացմանը զուգընթաց, նյութը մտնում է պլաստիկ դեֆորմացիայի փուլ։
• Պլաստիկ դեֆորմացիա և ուռուցիկությունԴյուրաբեկ նյութերում սեղմող բեռները առաջացնում են պլաստիկ դեֆորմացիա, որը դրսևորվում է կիրառվող բեռին ուղղահայաց ուռուցիկությամբ։ Ի տարբերություն դրա, փխրուն նյութերը սովորաբար կոտրվում են, երբ գերազանցվում է առաձգականության սահմանը, քանի որ դրանք զուրկ են զգալի պլաստիկ դեֆորմացիայի ենթարկվելու ունակությունից։
• Առավելագույն ուժ: Երբ նյութը հասնում է իրվերջնական սեղմման ուժ, կարող են առաջանալ բազմաթիվ ճաքեր, որոնք կհանգեցնեն նյութի մասնատմանը կամ փլուզմանը կիրառվող բեռի տակ։

3. Կռացող կոտրվածք։

Ծռման կոտրվածքը տեղի է ունենում, երբ նյութը ենթարկվում է ինչպես ձգման, այնպես էլ սեղմման լարվածությունների՝ արտաքին ծռման ուժի պատճառով: Ծռման տիպիկ կոտրվածքը սկսվում է ձգման կողմից, որտեղ նյութը երկարանում է, և տարածվում է նյութի հաստությամբ մեկ:

• Ձգման և սեղմման լարումներՆյութի արտաքին մանրաթելերը (բեռնվածության կողմում) ենթարկվում են ձգման լարումների, մինչդեռ ներքին մանրաթելերը (կիրառվող բեռի հակառակ կողմում) ենթարկվում են սեղմման լարումների: Այս լարումները ձգման կողմում առաջացնում են կոտրվածք, որտեղ ճաքերի կամ դեֆորմացիայի առաջացումն ավելի հավանական է:
• Ճաքերի տարածումԿիրառվող ծռման ուժի մեծացմանը զուգընթաց, ձգման կողմում ճաքեր են առաջանում, որոնք կարող են ամբողջությամբ տարածվել նյութի հաստությամբ՝ հանգեցնելով փլուզման։

Կոտրվածքի ամրությունը որոշելու թեստեր

Նյութերի կոտրման ամրությունը որոշելու համար օգտագործվում են մի քանի ստանդարտացված թեստեր: Այս թեստերը կարևոր են նյութի տարբեր բեռնվածության պայմաններում կատարվող գործողությունները հասկանալու համար: Կոտրման ամրության տարածված թեստերը ներառում են ձգման, սեղմման և հարվածային փորձարկումներ:

1. Ձգման փորձարկում.

Ձգման փորձարկման ժամանակ, ստանդարտացված նմուշը, որն ունիպարանոցով (շան ոսկոր)ձևը ենթարկվում է առանցքային բեռնման մաքուր լարվածության մեջ։ Այս թեստը օգնում է գնահատել, թե ինչպես է նյութը արձագանքում լարվածությանը, տրամադրելով տվյալներ դրա վերաբերյալառաձգական և պլաստիկ փուլեր, Վերջնական ձգման ամրություն (UTS), ևերկարացում ընդհատման պահին.

• ԱրդյունքUTS արժեքը ներկայացնում է այն լարումը, որի դեպքում նյութը կկոտրվի։ Ձգման փորձարկումը նաև տեղեկատվություն է տրամադրում ճկունության և պլաստիկ դեֆորմացիայի հնարավորության մասին։

2. Սեղմման փորձարկում.

Սեղմման փորձարկումը ներառում է ստանդարտացված փորձարկման բլոկի առանցքային բեռնումը մաքուր սեղմման ուժով: Այս փորձարկումը գնահատում է նյութի սեղմմանը դիմադրելու ունակությունը և տրամադրում է տվյալներ դրա վերաբերյալ:սեղմման ուժևսեղմման մոդուլ.

• ԱրդյունքՓորձարկումը օգնում է որոշել այն կետը, երբ նյութը այլևս չի կարող դիմանալ սեղմման ուժին և սկսում է պլաստիկորեն դեֆորմացվել կամ փչանալ։

3. Հարվածային փորձարկում.

Հարվածային փորձարկումն իրականացվում է նյութի հանկարծակի, դինամիկ բեռներին դիմակայելու ունակությունը գնահատելու համար: Նմուշը, սովորաբարատամնավորճաքի առաջացումը խթանելու համար հարվածվում է բարձր արագությամբ հարվածային մեխանիզմով։ Չափվում է հարվածի ժամանակ կլանված էներգիան կամ կոտրվածքի չափը։

• ԱրդյունքԱյս թեստը օգնում է որոշել այնպիսի հատկություններ, ինչպիսիք են՝հարվածային ուժևամրություն, որոնք կարևոր են դինամիկ կամ ցնցումային բեռնվածության պայմաններին ենթարկված նյութերի համար։

Արտադրության մեջ կոտրվածքի ամրության փորձարկման առավելությունները

Կոտրվածքի ամրության փորձարկումը տալիս է էական պատկերացումներ, որոնք ուղղորդում են որոշակի կիրառությունների համար նյութերի ընտրությունը: Որոշ հիմնական առավելություններից են՝

• Թույլ կողմերի բացահայտումՓորձարկումը թույլ է տալիս արտադրողներին հայտնաբերել նյութերի հնարավոր թերությունները կամ թույլ կողմերը, որոնք որոշակի պայմաններում կարող են հանգեցնել վաղաժամ խափանման։
• Նյութի ընտրությունՏարբեր նյութեր ցուցաբերում են տարբեր կոտրման դիմադրություն, և այս վարքագծերի ըմբռնումը օգնում է ինժեներներին ընտրել նյութեր, որոնք կարող են դիմակայել որոշակի կիրառություններում կանխատեսվող լարվածություններին։
• Դիզայնի օպտիմալացումԿոտրվածքի ամրության փորձարկումը օգնում է բացահայտել նախագծում լարվածության կոնցենտրացիաները կամ թույլ կետերը, թույլ տալով ինժեներներին օպտիմալացնել նյութի ընտրությունը և նախագծման երկրաչափությունը՝ ավելի լավ աշխատանքի համար։
• ԱնվտանգությունԿոտրվածքի ամրության փորձարկումների անցկացումը օգնում է բացահայտել այն նյութերը, որոնք կարող են փչանալ որոշակի բեռնման պայմաններում՝ մեղմելով ռիսկերը կարևորագույն կիրառություններում, ինչպիսիք են ավիատիեզերական, ավտոմոբիլային և բժշկական սարքավորումները։

Արտադրության մեջ կոտրվածքի ամրության փորձարկման մարտահրավերները

Չնայած իր կարևորությանը, արտադրության մեջ կոտրման ամրության փորձարկումը մի քանի մարտահրավերներ է ներկայացնում.

• Նյութի փոփոխականությունՆույնիսկ նույն արտադրական խմբաքանակի ներսում նյութերի հատկությունները կարող են տարբեր լինել, ինչը հանգեցնում է կոտրման ամրության փորձարկման արդյունքների անհամապատասխանությունների: Արտադրության մասշտաբների աճին զուգընթաց նյութերի ապրանքայնացումը կարող է առաջացնել թաքնված փոփոխականություն:
• Նմուշի չափը և երկրաչափությունըՓորձարկման նմուշի չափը և ձևը զգալիորեն ազդում են կոտրման ամրության արդյունքների վրա: Փոքր փորձարկման նմուշները կարող են ճշգրիտ չներկայացնել ավելի մեծ բաղադրիչների վարքագիծը, հատկապես, երբ խոսքը բարդ երկրաչափությունների մասին է:
• Բեռնման պայմաններԿոտրվածքի ամրությունը կարող է տարբեր լինել՝ կախված բեռնման պայմաններից, ինչը դժվարացնում է լաբորատոր փորձարկումներում իրական աշխարհի լարվածության սցենարների մոդելավորումը։
• Միջավայրի գործոններՆյութի կոտրման ամրության վրա կարող են ազդել ջերմաստիճանի, խոնավության և քիմիական նյութերի ազդեցությունը։ Վերահսկվող շրջակա միջավայրի պայմաններում փորձարկումները պահանջում են մասնագիտացված սարքավորումներ։
• Լարվածության արագության զգայունությունՈրոշ նյութեր ցուցաբերում են արագությունից կախված կոտրման հատկություններ, ինչը նշանակում է, որ կոտրման ամրությունը կարող է տարբեր լինել՝ կախված բեռի կիրառման արագությունից, ինչը բարդացնում է փորձարկման արդյունքները։

Լարվածության-դեֆորմացիայի կորը և կոտրվածքի դիմադրությունը

Theլարվածություն-դեֆորմացիա կորԳրաֆիկորեն ներկայացնում է նյութում կիրառվող լարման և առաջացող դեֆորմացիայի միջև եղած կապը։ Այն արժեքավոր տեղեկատվություն է տրամադրում այն ​​մասին, թե ինչպես է նյութը դեֆորմացվում բեռնվածքի տակ և օգնում է ինժեներներին հասկանալ նյութի մեխանիկական վարքագիծը, մասնավորապես՝ կոտրման ամրության առումով։

• Առաձգական դեֆորմացիաԲեռնման սկզբնական փուլում նյութը ենթարկվում է առաձգական դեֆորմացիայի, որտեղ լարումն ու լարվածությունը համեմատական ​​են։ Բեռը վերացնելուց հետո նյութը վերադառնում է իր սկզբնական ձևին։
• Պլաստիկ դեֆորմացիաԼարման մեծացմանը զուգընթաց նյութը մտնում է պլաստիկ դեֆորմացիայի գոտի, որտեղ այն ենթարկվում է ձևի մշտական ​​փոփոխությունների։
• Առավելագույն ամրություն և կոտրման կետԿետը, երբ նյութը այլևս չի կարող դիմանալ կիրառվող բեռին, հայտնի է որպես կոտրման կետ, որը հաճախ լարվածություն-դեֆորմացիա կորի վրա նշանակվում է որպեսՎերջնական ձգման ամրություն (UTS).

Կոտրվածքի բնութագրերը և տեսակները

Կոտրվածքի բնութագրերը կարող են արժեքավոր պատկերացում տալ նյութի վարքագծի մասին լարվածության տակ: Հիմնական առանձնահատկությունները ներառում են՝

• Կտրվածքի հարթություններՀարթ, հարթ հարթություններ, որոնց երկայնքով նյութը կոտրվում է, հաճախ բյուրեղների սահմանների երկայնքով։
• ՓոսիկներԿոտրվածքի մակերեսի վրա կլոր փոսիկներ, որոնք վկայում են դյուրաբեկ կոտրման և էներգիայի կլանման մասին։
• Կտրող շրթունքներԿոտրվածքային մակերեսներ, որոնք ցուցաբերում են մանրաթելային կամ փոշոտ հյուսվածք, որը բնորոշ է միկրո-դատարկությունների միաձուլմանը։
• ՀեքլսԿոտրվածքի մակերեսին շևրոնային նախշեր, որոնք ցույց են տալիս ճաքի տարածման ուղղությունը։

Կերամիկայի և ապակու կոտրման դիմադրությունը

Նյութեր, ինչպիսիք ենկերամիկաևանօրգանական ապակիցուցաբերում են տարբեր կոտրման վարքագիծ՝ պայմանավորված իրենց ատոմային կառուցվածքով։

• ԿերամիկաՀայտնի լինելով իրենց բարձր ամրությամբ և կոշտությամբ, կերամիկան նաև շատ փխրուն է։ Դրանք ունեն ուժեղ ատոմային կապեր, բայց սահմանափակ պլաստիկ դեֆորմացման ունակություն, ինչը դրանք հակված է դարձնում հանկարծակի կոտրման՝ կրիտիկական լարվածության մակարդակի ենթարկվելիս։
• Անօրգանական ապակիԻ տարբերություն կերամիկայի, անօրգանական ապակին (օրինակ՝ սիլիկատային ապակին) ունի ամորֆ կառուցվածք, ինչը հանգեցնում է լարվածության ավելի միատարր բաշխման: Չնայած այն ունի ավելի բարձր կոտրման դիմադրություն, քան կերամիկան, այն նաև շատ զգայուն է մակերեսային թերությունների նկատմամբ, որոնք կարող են զգալիորեն նվազեցնել դրա ամրությունը:

Եզրակացություն

Կոտրման ամրությունը նյութի կարևորագույն հատկություն է, որը ինժեներներն ու նյութագետները պետք է հաշվի առնեն զգալի լարվածության ենթարկվող բաղադրիչներ կամ կառուցվածքներ նախագծելիս: Նյութերի կոտրման ամրության և դրան ազդող գործոնների հասկացողությունը կարող է օգնել օպտիմալացնել նյութի ընտրությունը, բարձրացնել արտադրանքի անվտանգությունը և բարելավել նախագծման արդյունավետությունը: Անկախ նրանից, թե դա ձգման, սեղմման, թե հարվածային փորձարկումների միջոցով է, կոտրման ամրության ճշգրիտ գնահատումը կենսական նշանակություն ունի արտադրանքի հուսալիությունն ու դիմացկունությունն ապահովելու համար՝ սկսած ավիատիեզերական արդյունաբերությունից մինչև բժշկական սարքավորումներ: