Прочность на растяжение и предел текучести – анализ различий

Прочность на растяжение и предел текучести — это два разных термина. Однако знание того, когда определять каждую переменную и почему она важна, имеет решающее значение.

Именно на этом мы и сосредоточимся в этой статье.

Что такое предел прочности на растяжение?

Прочность на разрыв — это количество сил, которые может выдержать материал до того, как он начнет разрушаться. Обычно, мы проверяем это, когда вы подвергаете материал растягивающему усилию, используя испытательную машину на прочность металлической проволоки .

Другими словами, это точка на кривой зависимости деформации от напряжения, в которой материал достигает самой высокой точки, в которой он может выдерживать напряжение.

Единицы измерения:

  • Мегапаскали(МПа)
  • Фунтов на квадратный дюйм (Psi)

Эти единицы измерения основаны на силе, приходящейся на площадь.

Что еще более важно, это свойство имеет решающее значение в приложениях, где материалы подвергаются воздействию сил растяжения или вытягивания.

Прочность на растяжение на вершине инженерного искусства

Прочность на растяжение на вершине инженерного искусства

Что такое предел текучести?

При достижении предела текучести все материалы перестают быть упругими и возникает возможность пластической деформации.

Обычно единицами измерения являются:

  • Мегапаскали(МПа)
  • Фунты на квадратный дюйм (psi)

Помните, предел текучести помогает в проектировании многих структурных компонентов. Знание предела текучести позволит предотвратить значительную деформацию материалов под нагрузкой.

График предела текучести

График предела текучести

Изучение различий в прочности на растяжение и пределе текучести

Величина и единицы измерения

Оба они измеряются в мегапаскалях (МПа). В качестве альтернативы можно использовать фунты на квадратный дюйм (psi).

Помните, эти единицы представляют силу, приложенную к единице площади. Несмотря на вышеуказанные сходства, величины этих двух сил существенно различаются.

Предел прочности на растяжение обычно выше по сравнению с пределом текучести. Возьмем, к примеру, конструкционную сталь:

Его предел прочности на растяжение может составлять около 400–500 МПа, тогда как предел текучести обычно ниже и составляет около 250–300 МПа.

Эта разница очень существенна, поскольку она указывает на способность материала выдерживать более высокие нагрузки до разрушения. То есть, за пределами точки постоянной деформации.

Точка измерения

Для предела текучести вы определите его значение в точке, где материал переходит от упругой деформации. То есть, где она обратима к пластической деформации. В то же время вы не можете вернуть материал к его первоначальной форме или размеру.

Упругая деформация — это стадия, которая применяется закон Гука где напряжение пропорционально деформации. Эта стадия предсказуема. Но что еще важнее, предел текучести помогает указать предел безопасности.

Важно, чтобы вы измеряли предел прочности на разрыв в точке, где любой материал не может выдержать никакой степени напряжения. Вы должны помнить, что более высокие силы могут вызвать трещину.

Растрескивание вызывает способность материала выдерживать нагрузку, которая может значительно снизиться после начала образования шейки. Образование шейки происходит там, где происходит локальное уменьшение площади поперечного сечения, предсказывающее надвигающийся отказ.

С другой стороны, предел прочности на разрыв указывает на конечную точку разрушения.

График предела текучести и предела прочности на растяжение

График предела текучести и предела прочности на растяжение

Загрузка

Предел текучести описывает более высокие уровни напряжения. Обычно это точка нагрузки непосредственно перед началом постоянной деформации.

В инженерном проектировании предел текучести имеет решающее значение, поскольку он помогает гарантировать, что материалы смогут выдерживать нагрузки без необратимой деформации.

Инженеры проектируют конструкции, которые работают в упругой области, которая находится ниже предела текучести, чтобы избежать постоянной деформации. С другой стороны, прочность на растяжение больше фокусируется на максимальной нагрузке. То есть нагрузке, которую может выдержать любой материал до того, как он сломается.

Прочность на растяжение имеет решающее значение для понимания предельной несущей способности. Однако она более важна при рассмотрении запасов прочности и условий отказа, а не повседневных эксплуатационных ограничений.

Поведение в условиях стресса

Если снять нагрузку, материал может вернуться к своей первоначальной форме. Это происходит потому, что материал деформируется упруго в начале, так как вы будете подвергать его все возрастающему напряжению.

За пределами предела текучести материал не может вернуться в свою первоначальную форму. Поэтому при пределе текучести эластичность заканчивается. Вы поймете, что начинается постоянная пластическая деформация.

Если подвергать любой материал большему напряжению, он достигнет точки прочности на разрыв. То есть он будет близок к разрыву.

Такое поведение необходимо для прогнозирования того, как определенный материал будет вести себя в реальном мире. Более высокая прочность на разрыв выдерживает большие нагрузки и лучше противостоит постоянной деформации.

Кривая зависимости деформации от напряжения

В кривой напряжение-деформация предел текучести описывается как место, где кривая отклоняется от прямой линии. Отклонение очень минимально и требует точного измерения.

Но что еще важнее, пик кривой представляет собой предел прочности на разрыв. С другой стороны, разрыв материала представлен самой высокой точкой перед тем, как кривые начинают падать.

Кривая деформации при испытании на растяжение

Кривая деформации при испытании на растяжение

Кривая наглядно демонстрирует переход материала из состояния эластичности в состояние разрушения.

Теперь, площадь под кривой до предела текучести указывает на его возможность восстановить упругую энергию. С другой стороны, площадь за пределом текучести до предела прочности указывает на разрушение из-за пластической деформации.

Кривая текучести-деформации

Кривая текучести-деформации

Важность в инженерных приложениях

В инженерном проектировании предел текучести является важным фактором, который необходимо учитывать при выборе материалов для конструктивных элементов.

Вам следует убедиться, что в нормальных условиях не происходит пластической деформации. Это связано с тем, что она может нарушить структурную целостность деталей.

В гражданском строительстве предел текучести стали и бетонных материалов имеет решающее значение для проектирования зданий и другой инфраструктуры. Чтобы гарантировать отсутствие постоянной деформации, которая может привести к обрушению, балки и колонны проектируются так, чтобы работать ниже предела текучести.

Инженеры используют предел текучести для включения факторов безопасности в свои конструкции. Это достигается путем обеспечения того, чтобы максимальное рабочее напряжение было ниже предела текучести материала. Этот подход ведет учет дефектов материала и непредвиденных нагрузок.

Предел текучести также влияет на долговечность и срок службы элементов. В автомобильной промышленности поддержание предела текучести гарантирует, что автомобильные детали могут выдерживать повторяющиеся нагрузки без деформации.

С другой стороны, прочность на разрыв имеет решающее значение при оценке максимальной нагрузки, которую может выдержать материал до полного отказа. Поэтому понимание прочности на разрыв помогает предсказать, как и когда материал может выйти из строя из-за перегрузки.

Это поможет вам разработать отказоустойчивые механизмы для предотвращения разрушения материалов.

Прочность на разрыв является основным критерием при выборе высокопроизводительных приложений. Высокая прочность на разрыв выдерживает внутреннее давление, например, при транспортировке жидкостей под высоким давлением. Материалы с высокой прочностью на разрыв остаются неповрежденными и функциональными в экстремальных условиях.

Межмолекулярные силы

Предел текучести тесно связан с внутренней структурой материала. Он, в частности, связан с сопротивлением его молекул или атомов на первых этапах пластической деформации. Пластическая деформация — это точка, в которой форма материала начинает постоянно меняться.

В этом случае на сопротивление влияют такие факторы, как плотность дислокаций. То есть, чем выше плотность дислокаций, тем выше предел текучести, поскольку он препятствует движению дислокаций.

Это усложняет пластическую деформацию материала.

Размер зерна — еще один фактор, влияющий на сопротивление. Более мелкие зерна подразумевают большую границу зерна, что может препятствовать возможным перемещениям и дислокациям. Это явление называется Эффект Холла-Петча.

Напротив, прочность на растяжение зависит от способности сил сцепления внутри материала сохранять свою структурную целостность при растяжении. Силы сцепления контролируются атомами, связывающимися в материале.

В конце концов, при пределе прочности на разрыв силы сцепления преодолеваются, что приводит к разрушению материала. В металлах на предел прочности на разрыв влияют силы, которые вызывают связь между атомами. Для разрушения материала необходимо разорвать эти силы.

Заключение

Прочность на растяжение и предел текучести очень различны. Но что еще важнее, анализ этих двух переменных поможет вам выбрать подходящий материал для любого применения.

Способность материала выдерживать любые нагрузки зависит от тщательного анализа этих переменных.

Если вы открываете цех по обработке материалов, в TSINFA мы поможем вам приобрести лучшие машины для вашего операции по механической обработке. По любым вопросам, свяжитесь с нами сейчас.