מהו מאמץ תשואה וכיצד להשיג אותו? - גוּפָנִי - 2025

לחץ התשואה מוגדר המאמץ דרוש חפץ להתחיל לצמיתות שלה מעווה, כי הוא, לעבור דפורמציה פלסטית בלי לשבור או שביר.

מכיוון שמגבלה זו יכולה להיות מעט לא מדויקת עבור חומרים מסוימים ודיוק הציוד המשמש הוא גורם משקל, בהנדסה נקבע כי לחץ התשואה במתכות כמו פלדה מבנית הוא כזה שמייצר 0.2% עיוות קבוע ב האובייקט.

איור 1. חומרים המשמשים בבנייה נבדקים כדי לקבוע כמה מתח הם מסוגלים לעמוד. מקור: Pixabay.

לדעת את ערך מתח התשואה חשוב לדעת אם החומר מתאים לשימוש שאתה רוצה לתת לחלקים המיוצרים איתו. כאשר חלק מעוות כבר מעבר לגבול האלסטי, יתכן שהוא לא יוכל לבצע את הפונקציה המיועדת שלו בצורה נכונה ויש להחליפו.

כדי להשיג ערך זה, בדרך כלל מבוצעות בדיקות על דגימות שנעשו עם החומר (מבחנות או דגימות) אשר נתונות למתחים או עומסים שונים תוך מדידת התארכות או מתיחה שהם חווים עם כל אחד מהם. בדיקות אלו מכונות בדיקות מתיחה.

לביצוע בדיקת מתיחה, התחל בהפעלת כוח מאפס והגדיל את הערך בהדרגה עד לשבירת המדגם.

עקומות מתח

זוגות הנתונים המתקבלים במבחן המתיחה מתכננים על ידי הנחת העומס על הציר האנכי והמתח על הציר האופקי. התוצאה היא גרף כמו זה שמוצג להלן (איור 2), המכונה עקומת מתח הלחץ של החומר.

ממנו נקבעים תכונות מכניות חשובות רבות. לכל חומר עקומת מתח מתח משלו. לדוגמה, אחד הנחקרים ביותר הוא זה של פלדה מבנית, המכונה גם פלדת פחמן עדינה או נמוכה. זהו חומר בשימוש נרחב בבנייה.

לעיקול מתח-הלחץ יש אזורים מובחנים בהם החומר התנהגות מסוימת בהתאם לעומס המופעל. צורתם המדויקת יכולה להשתנות במידה ניכרת, אך עם זאת יש להם כמה מאפיינים משותפים, המתוארים להלן.

להלן ראו תרשים 2 המתכתב במונחים כללים מאוד לפלדה מבנית.

איור 2. איור 2. עקומת מתח מתח לפלדה. מקור: שונה מ- Hans Topo1993

אזור אלסטי

האזור מ- O עד A הוא האזור האלסטי, בו חוקי הוק תקפים, בו הלחץ והמתח הם פרופורציונליים. באזור זה החומר מתאושש במלואו לאחר יישום הלחץ. נקודה A ידועה כמגבלת המידתיות.

בחלק מהחומרים העקומה שעוברת מ- O ל- A אינה קו ישר, אך עם זאת הם עדיין אלסטיים. הדבר החשוב הוא שהם יחזרו לצורתם המקורית עם הפסקת הטעינה.

אזור אלסטי-פלסטי

בשלב הבא יש לנו את האזור A עד B, בו העיוות עולה במהירות רבה יותר במאמץ, ומשאיר את שניהם לא פרופורציונליים. שיפוע העקומה פוחת וב- B הוא הופך לאופקי.

מנקודה B, החומר כבר לא משחזר את צורתו המקורית וערך הלחץ באותה נקודה נחשב לזה של מתח התשואה.

האזור מ B עד C נקרא התפוקה או אזור הזחילה של החומר. שם העיוות ממשיך אף שהעומס לא הולך וגובר. זה יכול אפילו לצמצם, וזו הסיבה שנאמר שהחומר במצב זה הוא פלסטי לחלוטין.

אזור פלסטיק ושבר

באזור מ- C ל- D מתרחשת התקשות זנים, בהן החומר מציג שינויים במבנה שלו ברמה המולקולרית והאטומית, הדורשים מאמצים גדולים יותר להשגת עיוותים.

מסיבה זו העקומה חווה צמיחה המסתיימת כאשר מגיעים למתח המקסימלי σ _{מקסימום.}

מ- D ל- E עדיין קיימת עיוות אפשרית אך עם פחות עומס. נוצר מעין דילול במדגם (הדגימה) הנקרא stringure, מה שמוביל בסופו של דבר לשבר שנצפה בנקודה E. עם זאת, כבר בשלב D החומר יכול להיחשב כשבור.

כיצד להשיג את מאמץ התשואה?

הגבול האלסטי L _e של חומר הוא הלחץ המרבי שהוא יכול לעמוד בלי לאבד גמישות. זה מחושב על ידי המנה בין גודל הכוח המרבי F _m לאזור חתך הדגימה של מדגם A.

L _e = F _{מ '} / A

יחידות המגבלה האלסטית במערכת הבינלאומית הן N / m ² או Pa (Pascals) מכיוון שזה מתח. המגבלה האלסטית ומגבלת המידתיות בנקודה A הם ערכים קרובים מאוד.

אך כאמור בהתחלה, יתכן שלא יהיה קל לקבוע אותם. לחץ התשואה המתקבל דרך עקומת מתח הלחץ הוא ההתקרבות המעשית לגבול האלסטי המשמש בהנדסה.

הפק מתח מעקומת מתח הלחץ

כדי להשיג אותו, קו נמשך במקביל לקו המתאים לאזור האלסטי (זה המציית לחוק של הוק) אך נעקר כ- 0.2% בסולם האופקי או 0.002 אינץ 'לאינץ' של עיוות.

קו זה נמשך עד שהוא מצטלב את העקומה בנקודה שהקואורדינטה האנכית שלה היא ערך לחץ התשואה הרצוי, המצוין כ σ _y , כפי שמוצג באיור 3. עקומה זו שייכת לחומר רקיע אחר: אלומיניום.

איור 3. איור 3. עקומת מתח מתח לאלומיניום, ממנה נקבע הלחץ בתשואה בפועל. מקור: תוצרת עצמית.

שני חומרים שמישים כמו פלדה ואלומיניום הם בעלי עקומות מתח מתח שונות. אלומיניום, למשל, אין את החלק הפלילי אופקי בערך שנראה בחלק הקודם.

חומרים אחרים הנחשבים לשברירים כמו זכוכית אינם עוברים את השלבים המתוארים לעיל. קרע מתרחש הרבה לפני שמתרחשים עיוותים ניכרים.

פרטים חשובים שכדאי לזכור

- הכוחות הנחשבים באופן עקרוני אינם לוקחים בחשבון את השינויים המתרחשים ללא ספק באזור חתך החלקים של הדגימה. זה גורם לשגיאה קטנה שמתוקנת על ידי תרשים המתחים האמיתיים, אלה שלוקחים בחשבון את הפחתת השטח ככל שעיוות הדגימה עולה.

- הטמפרטורות שנחשבו תקינות. חומרים מסוימים יש רקיע בטמפרטורות נמוכות ואינם עוד שמיש, ואילו חומרים שבירים אחרים מתנהגים כקלות בטמפרטורות גבוהות יותר.

הפניות

1. Beer, F. 2010. מכניקת חומרים. מקגרו היל. 5. מַהֲדוּרָה. 47-57.
2. מהנדסים אדג '. חוזק תשואה. התאושש מ: engineersedge.com.
3. לחץ שרץ. התאושש מ: instron.com.ar
4. Valera Negrete, J. 2005. הערות על פיזיקה כללית. UNAM. 101-103.
5. ויקיפדיה. זחילה. התאושש מ: Wikipedia.com