استحکام کششی در مقابل مقاومت تسلیم - تجزیه و تحلیل تفاوت ها

استحکام کششی و استحکام تسلیم دو عبارت متفاوت هستند. با این حال، دانستن زمان تعیین هر متغیر و چرایی اهمیت آن بسیار مهم است.

این دقیقاً همان چیزی است که در این مقاله روی آن تمرکز خواهیم کرد.

استحکام کششی چیست؟

استحکام کششی مقدار نیروهایی است که مواد می توانند قبل از شروع شکستن تحمل کنند. معمولا، ما این را هنگامی که مواد را در معرض نیروی کششی قرار می دهید، با استفاده از یک تستر استحکام سیم فلزی بررسی می کنیم .

به عبارت دیگر، این نقطه روی منحنی تنش-کرنش است که در آن ماده به دورترین نقطه ای می رسد که در آن می تواند کشش را تحمل کند.

واحدهای اندازه گیری عبارتند از:

• مگا پاسکال (MPa)
• پوند بر اینچ مربع (Psi)

این واحدها بر اساس نیرو در هر منطقه هستند.

مهمتر از آن، این ویژگی در کاربردهایی که مواد در معرض نیروهای کششی یا کششی قرار می گیرند، حیاتی است.

قدرت تسلیم چیست؟

در استحکام تسلیم، تمام مواد خاصیت ارتجاعی خود را از دست می دهند و امکان تغییر شکل پلاستیکی شروع می شود.

معمولاً واحدهای اندازه گیری عبارتند از:

• مگا پاسکال (MPa)
• پوند بر اینچ مربع (psi)

به یاد داشته باشید، استحکام تسلیم در طراحی بسیاری از اجزای ساختاری کمک می کند. با آگاهی از قدرت تسلیم، از تغییر شکل قابل توجه مواد تحت بار جلوگیری می کند.

بررسی تفاوت در استحکام کششی و استحکام تسلیم

قدر و واحدهای اندازه گیری

هر دو با مگا پاسکال (MPa) اندازه گیری می شوند. از طرف دیگر، می توانید از پوند در هر اینچ مربع (psi) استفاده کنید.

به یاد داشته باشید، این واحدها نشان دهنده نیروی اعمال شده در واحد سطح هستند. با وجود شباهت های فوق، بزرگی این دو نقطه قوت به طور قابل توجهی متفاوت است.

استحکام کششی معمولاً در مقایسه با استحکام تسلیم بالاتر است. برای مثال فولاد سازه‌ای را در نظر بگیرید:

استحکام کششی آن ممکن است حدود 400-500 مگاپاسکال باشد، در حالی که استحکام تسلیم آن معمولاً کمتر و حدود 250-300 مگاپاسکال است.

این تفاوت بسیار قابل توجه است زیرا نشان دهنده توانایی ماده برای تحمل استرس بالاتر قبل از شکست است. یعنی فراتر از نقطه تغییر شکل دائمی.

نقطه اندازه گیری

برای استحکام تسلیم، مقدار آن را در نقطه ای تعیین می کنید که ماده از تغییر شکل الاستیک تغییر می کند. یعنی جایی که به تغییر شکل پلاستیک قابل برگشت است. در عین حال، نمی توانید مواد را به شکل یا اندازه اصلی خود برگردانید.

تغییر شکل الاستیک مرحله ای است که اعمال می شود قانون هوک که در آن تنش متناسب با کرنش است. این مرحله قابل پیش بینی است. اما مهمتر از آن، قدرت تسلیم به نشان دادن حد ایمنی کمک می کند.

مهم است که استحکام کششی را در نقطه ای اندازه گیری کنید که هر ماده ای نتواند هیچ درجه ای از تنش را در خود نگه دارد. باید به خاطر داشته باشید، نیروهای بالاتر ممکن است باعث شکستگی شوند.

شکستگی باعث می شود توانایی مواد برای حمل بار که ممکن است پس از شروع گردن زدن به میزان قابل توجهی کاهش یابد. Necking جایی است که کاهش موضعی در سطح مقطع وجود دارد که پیش‌بینی شکست در حال وقوع است.

از سوی دیگر، استحکام کششی نقطه پایان شکست را برجسته می کند.

در حال بارگذاری

قدرت تسلیم سطوح بالاتر تنش را توصیف می کند. معمولاً این نقطه بارگذاری درست قبل از شروع تغییر شکل دائمی است.

در طراحی مهندسی، استحکام تسلیم بسیار مهم است زیرا کمک می کند تا اطمینان حاصل شود که مواد می توانند بارها را بدون تغییر شکل برگشت ناپذیر حمل کنند.

مهندسان سازه‌ها را طوری طراحی می‌کنند که در ناحیه الاستیک کار کنند، که زیر استحکام تسلیم است تا از تغییر شکل دائمی جلوگیری شود. از طرف دیگر، استحکام کششی بیشتر بر حداکثر بارگذاری متمرکز است. یعنی باری که هر ماده ای می تواند قبل از شکستن تحمل کند.

استحکام کششی برای درک ظرفیت باربری نهایی بسیار مهم است. با این حال، هنگام در نظر گرفتن حاشیه های ایمنی و شرایط خرابی به جای محدودیت های عملیاتی روزانه، بیشتر مرتبط است.

رفتار تحت استرس

اگر بار برداشته شود، یک ماده می تواند به شکل اولیه خود بازگردد. این به این دلیل است که مواد در ابتدا به صورت ارتجاعی تغییر شکل می دهند، زیرا شما تحت فشار فزاینده ای قرار خواهید گرفت.

فراتر از قدرت تسلیم، یک ماده نمی تواند به شکل اولیه خود بازگردد. بنابراین، در قدرت تسلیم، کشش به پایان می رسد. متوجه خواهید شد که تغییر شکل دائمی پلاستیک آغاز می شود.

همانطور که هر ماده ای را تحت فشار بیشتری قرار دهید، به نقطه استحکام کششی می رسد. یعنی به شکستن نزدیک می شود.

این رفتار در پیش بینی نحوه عملکرد یک ماده خاص در دنیای واقعی ضروری است. استحکام کششی بالاتر بارهای بزرگتری را تحمل می کند و در برابر تغییر شکل دائمی بهتر مقاومت می کند.

منحنی تنش-کرنش

در منحنی تنش-کرنش، نقطه تسلیم به عنوان محلی که یک منحنی از خط مستقیم واگرا می شود، توصیف می شود. انحراف بسیار کم است و نیاز به اندازه گیری دقیق دارد.

اما مهمتر از آن، اوج منحنی نشان دهنده استحکام کششی است. از سوی دیگر، قبل از شروع افت منحنی ها، شکست ماده با بالاترین نقطه نشان داده می شود.

منحنی یک نمایش بصری از انتقال یک ماده از زمانی که الاستیک به زمانی که از کار می افتد، ارائه می دهد.

اکنون سطح زیر منحنی تا نقطه تسلیم امکان بازیابی انرژی الاستیک را نشان می دهد. از طرف دیگر، ناحیه فراتر از نقطه تسلیم تا استحکام کششی نشان دهنده شکستگی ناشی از تغییر شکل پلاستیک است.

اهمیت در کاربردهای مهندسی

در طراحی مهندسی، قدرت تسلیم فاکتور مهمی است که باید هنگام انتخاب مواد برای اجزای سازه در نظر بگیرید.

باید اطمینان حاصل کنید که در شرایط عادی، تغییر شکل پلاستیک رخ نمی دهد. این به این دلیل است که یکپارچگی ساختاری قطعات را به خطر می اندازد.

در مهندسی عمران، مقاومت تسلیم مصالح فولادی و بتن برای طراحی ساختمان و سایر زیرساخت‌ها حیاتی است. برای اطمینان از عدم وجود تغییر شکل دائمی که می تواند منجر به فروریختگی شود، تیرها و ستون ها طوری طراحی شده اند که کمتر از مقاومت تسلیم خود عمل کنند.

مهندسان از قدرت تسلیم برای گنجاندن عوامل ایمنی در طرح های خود استفاده می کنند. این با حصول اطمینان از اینکه حداکثر تنش عملیاتی کمتر از مقاومت تسلیم ماده است انجام می شود. این رویکرد سابقه ای از عیوب مواد و بارهای غیرقابل پیش بینی را نگه می دارد.

قدرت تسلیم نیز بر دوام و عمر مفید عناصر تأثیر می گذارد. در صنعت خودرو، حفظ استحکام تسلیم تضمین می کند که قطعات خودرو می توانند بارهای تکراری را بدون تغییر شکل تحمل کنند.

از سوی دیگر استحکام کششی هنگام ارزیابی حداکثر باری که یک ماده می تواند قبل از شکست کامل نگه دارد، بسیار مهم است. بنابراین، درک استحکام کششی به پیش بینی چگونگی و زمان شکست یک ماده به دلیل شرایط اضافه بار کمک می کند.

این به شما کمک می کند تا مکانیزم هایی را برای جلوگیری از خرابی مواد طراحی کنید.

استحکام کششی یک معیار اصلی در انتخاب برنامه های کاربردی با کارایی بالا است. استحکام کششی بالا در برابر فشار داخلی مانند حمل و نقل مایعات تحت فشار بالا مقاومت می کند. مواد با استحکام کششی بالا در شرایط سخت دست نخورده و کاربردی باقی می مانند.

نیروهای بین مولکولی

استحکام تسلیم ارتباط نزدیکی با ساختار داخلی یک ماده دارد. این به طور خاص به مقاومت در مولکول ها یا اتم های آن در طول اولین مراحل تغییر شکل پلاستیک مربوط می شود. تغییر شکل پلاستیک نقطه ای است که شکل یک ماده برای همیشه شروع به تغییر می کند.

در این مورد، مقاومت تحت تأثیر عواملی مانند چگالی دررفتگی قرار می گیرد. به این معنا که هر چه چگالی نابجایی بیشتر باشد، قدرت تسلیم بیشتر است زیرا مانع حرکت نابجایی می شود.

این امر باعث می شود که مواد به صورت پلاستیکی تغییر شکل دهند.

اندازه دانه عامل دیگری است که بر مقاومت تأثیر می گذارد. دانه‌های کوچکتر، مرز دانه‌های بیشتری را نشان می‌دهد که ممکن است مانع از حرکت‌ها و جابجایی‌های احتمالی شود. این پدیده ای است به نام جلوه هال پچ.

برعکس، استحکام کششی تحت تأثیر توانایی نیروهای منسجم درون یک ماده برای حفظ یکپارچگی ساختاری خود در هنگام قرار گرفتن در معرض کشش است. نیروهای چسبنده با پیوند اتم ها در ماده کنترل می شوند.

در نهایت، در استحکام کششی، نیروهای چسبنده پیشی گرفته و باعث شکست مواد می شود. در فلزات، استحکام کششی تحت تأثیر نیروهایی است که باعث پیوند بین اتم ها می شود. شکستن این نیروها برای شکستن مواد ضروری است.

نتیجه

استحکام کششی و تسلیم بسیار متمایز است. اما مهمتر از آن، تجزیه و تحلیل این دو متغیر به شما در انتخاب یک ماده مناسب برای هر کاربردی کمک می کند.

اینکه آیا یک ماده می تواند هر گونه اثر بارگذاری را تحمل کند بستگی به تحلیل دقیق این متغیرها دارد.

اگر کارگاه پردازش مواد را راه اندازی می کنید، در TSINFA، ما به شما کمک می کنیم تا بهترین ماشین ها را برای خود تهیه کنید. عملیات ماشینکاری. برای هر گونه سوال، اکنون با ما تماس بگیرید.