ΑΝΤΟΧΗ ΥΛΙΚΩΝ Πείραμα Εφελκυσμού. ΕργαστηριακήΆσκηση2 η

Transcript

1 ΑΝΤΟΧΗ ΥΛΙΚΩΝ Πείραμα Εφελκυσμού ΕργαστηριακήΆσκηση2 η

2 Κατηγορίες υλικών Μέταλλα Σιδηρούχαµέταλλα (ατσάλι, ανθρακούχοι, κραµατούχοι και ανοξείγωτοιχάλυβες, κ.α. Πολυµερικά υλικά Πλαστικά Ελαστοµερή Μη σιδηρούχα µέταλλα και κράµατα (αλουµίνιο, χαλκός, µαγνήσιο, νικέλιο, τιτάνιο,κ.α) Κεραµικά Γιαλί Κεραµικά Γραφίτης ιαµάντι Σύνθετα υλικά Ενισχυµένα πλαστικά Μεταλλικά σύνθετα Κεραµικά σύνθετα Σαντουιτς Σκυρόδεµα

3 Τάση στο πείραμα του εφελκυσμού Σε µια τυπική διαδικασία δοκιµής εφελκυσµού, το δοκίµιο παραµορφώνεται «τεντώνεται» -εφελκύεταιµεσταθερήταχύτητα. Για να επιτευχθεί αυτή η σταθερή χρονικά παραµόρφωση, το απαιτούµενο φορτίο (δύναµη) που θα εφαρµοστεί στο δοκίµιο πρέπει να διαφέρει κατά τη διάρκειατηςφόρτισης. Κατά τη διάρκεια της δοκιµής, η αναπτυσσόµενη τάση στο δοκίµιο µπορεί να υπολογιστεί σε κάθε χρονική στιγµή διερόντας την επιβαλλόµενη δύνµαµη µε την επιφάνια της διατοµής του δοκιµίου, δηλαδή, σ = P A σείναιηορθήτάσηστοδοκίµιο, P είναι η εφαρµοζόµενη δύναµη, και Α είναι η επιφάνεια της διατοµής του δοκιµίου.

4 Παραμόρφωση στο πείραμα του εφελκυσμού Ηµετατόπισητουδοκιµίου, µπορείναµετρηθείσεοποιαδήποτεθέσηδιατοµής, θεωρόντας ότι η επιφάνεια της διατοµής παραµένει σταθερή, η παραµόρφωση µπορεί να υπολογιστεί µετρώντας την αλλαγή του µήκους του δοκιµίου, και διαιρόντας το µε το αρχικό µήκος του, δηλαδή, ε = L L 0 όπουεείναιηορθήποαραµόρφωσητουδοκιµίου, Lείναιηµετατόπιση (αλλαγήµήκους), L0 είναι το αρχικό µήκος του δοκιµίου.

5 Μηχανικές ιδιότητες υλικών 1. Μέτρο ελαστικότητας «Ε» ολόγοςτηςτάσηςωςπροςτηνπαραµόρφωση Στην περιοχή του διαγράµµατος τάσης παραµόρφωσης όπου η τάση µεταβάλλεταιγραµµικάσεσχέσηµετηνπαραµόρφωση, βρίσκεταιαπότολόγοτηςτάσηςωςπροςτηπαραµόρφωση. Το µέτρο ελαστικότητας είναι σταθερό για ένα υλικό.

6 Μηχανικές ιδιότητες υλικών 2. Τάση διαρροής - Όριο διαρροής Ηελάχιστητιµήστηνοποίαπροκαλέιταιπλαστικήπαραµόρφωσηστοδοκίµιο. Σε µερικά µεταλλικά υλικά, όπως το αλουµίνιο, είναι δύσκολο να ευρεθεί απότηνκαµπύλησ-ε, ορίζεταιωςητάση, ηοποίααποδίδει 0,2% πλαστική παραµόρφωση. µετά το οποίο µια σηµαντική αύξηση της παραµόρφωσης προκαλεί αντίστοιχα µικρήήκαικαµίααύξησηστηντάση.

7 Μηχανικές ιδιότητες υλικών 3. Όριο αντοχής Είναιηµέγιστητάσηστηνκαµπύλητάσεωςπαραµορφώσεως. 4. Τάση θράυσεως Είναι το τελευταίο σηµείο στην καµπύλη τάσης παραµόρφωσης, και αντιστοιχεί στηντάσηστηνοποίααστόχησετουλικό. Για όλκιµα υλικά το όριο αντοχής είναι µεγαλύτερο της τάσης θραύσεως.

8 Μηχανικές ιδιότητες υλικών 5. Όριο αναλογίας Είναιητιµήτηςτάσηςστηνκαµπύλησ-ε, πάνωαπότηνοποίατηκαµπύλη φεύγει εκτός της αρχικής γραµµικής συµπεριφοράς. 6. Όριο ελαστικότητας Είναιητιµήτηςτάσηςστηνκαµπύλησ-ε, πάνωαπότηνοποίαπροκαλούνται πλαστικές παραµορφώσεις σε ένα υλικό, δηλαδή κατά την αποφόρτιση το υλικό δεν επιστρέφει στο αρχικό µήκος και σχήµα, αλλά περιλαµβάνει µόνιµες (πλαστικές) παραµορφώσεις.

9 Είδη παραμορφώσεων Ελαστική παραµόρφωση Ένα υλικό υπό φόρτιση λέγεται ότι παρουσιάζει ελαστικές παραµοφώσεις, εάν επιστρέφει στο αρχικό σχήµα και µέγεθος κατά την αποφόρτισή του. Πλαστική παραµόρφωση Ένα υλικό υπό φόρτιση λέγεται ότι παρουσιάζει πλαστικές παραµοφώσεις, εάν παρουσιάζει µόνιµες παραµορφώσεις κατά την αποφόρτισή του.

10 Ολκιμότητα- Λαίμωση Όλκιµότητα Ολκιµότητα είναι η ικανότητα υλικού να παρουσιάζει πλαστικέςπαραµορφώσειςχωρίςναυποστείθραύση. Ταυλικάπουέχουντηνιδιότηταονοµάζονταιόλκιµα. Τα µεταλλικά υλικά εξ αιτίας της όλκιµης συµπεριφοράς τους µπορούν να ανταποκριθούν σε πιθανές ατέλειες υλικού χωρίς να σηµειώνεται δραµατική αλλαγή του ορίου αντοχής. Λαίµωση (Necking) Τοφαινόµενοαυτόπαρατηρείταισταόλκιµαυλικά. Στην αρχή της δοκιµής εφελκυσµού η παραµόρφωση πραγµατοποιείται οµοιόµορφαστοµήκοςτουδοκιµίου. Στηνσυνέχειαηπαραµόρφωσησυγκεντρωνεταισεµιαπεριοχήτουµήκουςτου. Αυτόέχειωςαποτέλεσµατηνισχυρήµείωσηδιατοµήςσεµιαπεριοχή «λαιµός». Τοσηµείοστοοποίοηλαίµωσηείναιεµφανήςείναιστοσηµείοτουορίου αντοχής (µέγιστο σηµείο καµπύλης τάσης-παραµόρφωσης).

11 Μηχανικές ιδιότητες(ενεργειακές) Μέτρο Ανθεκτικότητας (Modulus of Resilience) Η ελαστική ενέργεια ανά µονάδα όγκου, η οποία απαιτείται για την παραµόρφωση του δοκιµίου έως το σηµείο διαρροής, δηλ. το εµβαδόν κάτω από το ελαστικό τµήµα της καµπύλης. Σκληρότητα (Toughness) Η συνολική ενέργεια ανά µονάδα όγκου που απορροφάται από το δοκίµιο µέχρι τη θραύση του, δηλ. το εµβαδόν κάτω από ολόκληρη την καµπύλη.

12 Μετρήσεις 1. Αρχική διάµετρος του δοκιµίου, = 2. Αρχικόµήκοςτουδοκιµίου = 3. ύναµη µετατόπιση (πίνακας) 4. Μέγιστη δύµαµη = 5. Τελικόµήκοςτουδοκιµίουµετάτηθράυση, = 6. ιάµετρος του δοκιµίου στη περιοχή της θράυσεως, =

13 Αποτελέσματα ιάγραµµα τάσης παραµόρφωσης 1. Όριο αντοχής = 2. Επίτηςεκατόεπιµήκυνση = 3. Μέτρο ελαστικότητας = 4. Όριοδιαρροής = 5. Επιτηςεκατόµείωσητηςδιατοµής = 6. Το όριο αστοχίας (fracture strength) = 7. Η καµπύλη τάσεως παραµορφώσεως