WAT IS OPBRENGSTINSPANNING EN HOE VERKRIJG JE DIE? - FYSIEK - 2026

De vloeispanning wordt gedefinieerd als de inspanning die nodig is om een ​​voorwerp permanent te laten vervormen, dat wil zeggen plastische vervorming te ondergaan zonder te breken of te breken.

Aangezien deze limiet voor sommige materialen een beetje onnauwkeurig kan zijn en de precisie van de gebruikte apparatuur een weegfactor is, is in de engineering vastgesteld dat de vloeispanning in metalen zoals constructiestaal er een is die 0,2% permanente vervorming veroorzaakt in het object.

Figuur 1. Materialen die in de constructie worden gebruikt, worden getest om te bepalen hoeveel spanning ze kunnen weerstaan. Bron: Pixabay.

Het kennen van de waarde van de vloeispanning is belangrijk om te weten of het materiaal geschikt is voor het gebruik dat u aan de ermee vervaardigde onderdelen wilt geven. Wanneer een onderdeel is vervormd voorbij de elastische limiet, kan het zijn beoogde functie mogelijk niet correct uitvoeren en moet het worden vervangen.

Om deze waarde te verkrijgen, worden meestal tests uitgevoerd op monsters gemaakt met het materiaal (reageerbuizen of monsters), die worden blootgesteld aan verschillende spanningen of belastingen, terwijl de rek of rek wordt gemeten die ze bij elk materiaal ervaren. Deze tests staan ​​bekend als trektests.

Om een ​​trektest uit te voeren, begint u met het uitoefenen van een kracht vanaf nul en verhoogt u de waarde geleidelijk totdat het monster breekt.

Spanningskrommen

De dataparen verkregen door de trektest worden uitgezet door de belasting op de verticale as en de rek op de horizontale as. Het resultaat is een grafiek zoals hieronder (figuur 2), de zogenaamde spanning-rekcurve voor het materiaal.

Hieruit worden veel belangrijke mechanische eigenschappen bepaald. Elk materiaal heeft zijn eigen spanning-rekcurve. Een van de meest bestudeerde is bijvoorbeeld dat van constructiestaal, ook wel zacht of koolstofarm staal genoemd. Het is een materiaal dat veel in de bouw wordt gebruikt.

De spanning-rekcurve heeft onderscheidende gebieden waarin het materiaal een bepaald gedrag vertoont in overeenstemming met de toegepaste belasting. Hun exacte vorm kan aanzienlijk variëren, maar ze hebben niettemin enkele gemeenschappelijke kenmerken, die hieronder worden beschreven.

Zie voor wat volgt figuur 2, die in zeer algemene termen overeenkomt met constructiestaal.

Figuur 2. Spanning-rekcurve voor staal. Bron: gewijzigd ten opzichte van Hans Topo1993

Elastische zone

Het gebied van O tot A is het elastische gebied, waar de wet van Hooke geldig is, waarin de spanning en rek evenredig zijn. In deze zone wordt het materiaal volledig hersteld na het aanbrengen van de spanning. Punt A staat bekend als de evenredigheidsgrens.

In sommige materialen is de curve die van O naar A gaat geen rechte lijn, maar toch zijn ze nog steeds elastisch. Het belangrijkste is dat ze terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm wanneer het opladen stopt.

Elastische plastic zone

Vervolgens hebben we het gebied van A naar B, waarin de vervorming sneller toeneemt met de inspanning, waardoor ze allebei niet proportioneel zijn. De helling van de curve neemt af en bij B wordt hij horizontaal.

Vanaf punt B krijgt het materiaal zijn oorspronkelijke vorm niet meer terug en wordt de waarde van de spanning op dat punt beschouwd als die van de vloeispanning.

Het gebied van B tot C wordt de opbrengst- of kruipzone van het materiaal genoemd. Daar gaat de vervorming door, ook al neemt de belasting niet toe. Het kan zelfs afnemen, daarom wordt er gezegd dat het materiaal in deze toestand perfect plastic is.

Plastic zone en breuk

In het gebied van C tot D treedt een rekverharding op, waarbij het materiaal veranderingen in de structuur op moleculair en atomair niveau vertoont, wat grotere inspanningen vereist om vervormingen te bereiken.

Om deze reden ervaart de curve een groei die eindigt bij het bereiken van de maximale spanning σ _max.

Van D naar E is er nog steeds vervorming mogelijk maar met minder belasting. Er wordt een soort uitdunning gevormd in het monster (preparaat), strictuur genaamd, wat er uiteindelijk toe leidt dat de breuk wordt waargenomen bij punt E. Al bij punt D kan het materiaal echter als gebroken worden beschouwd.

Hoe de opbrengstinspanning te verkrijgen?

De elasticiteitsgrens L _e van een materiaal is de maximale spanning die het kan weerstaan ​​zonder aan elasticiteit te verliezen. Het wordt berekend door het quotiënt tussen de grootte van de maximale kracht F _m en de dwarsdoorsnede van monster A.

L _e = F _m / A

De eenheden van de elastische limiet in het internationale systeem zijn N / m ² of Pa (pascal) aangezien het een spanning is. De elastische limiet en de evenredigheidslimiet op punt A zijn zeer nauwe waarden.

Maar zoals in het begin gezegd, is het misschien niet eenvoudig om ze te bepalen. De vloeispanning die wordt verkregen door de spanning-rekcurve is de praktische benadering van de elastische limiet die in de engineering wordt gebruikt.

Opbrengstspanning van de spanning-rekcurve

Om dit te verkrijgen, wordt een lijn getrokken parallel aan de lijn die overeenkomt met de elastische zone (degene die de wet van Hooke volgt) maar ongeveer 0,2% op de horizontale schaal of 0,002 inch per inch vervorming verplaatst.

Deze lijn strekt zich uit totdat hij de curve snijdt op een punt waarvan de verticale coördinaat de gewenste vloeispanningswaarde is, aangeduid als σ _y , zoals weergegeven in figuur 3. Deze curve behoort tot een ander ductiel materiaal: aluminium.

Figuur 3. Spanning-rekcurve voor aluminium, waaruit in de praktijk de vloeispanning wordt bepaald. Bron: zelf gemaakt.

Twee ductiele materialen, zoals staal en aluminium, hebben verschillende spannings-rekcurves. Aluminium heeft bijvoorbeeld niet het ongeveer horizontale gedeelte van staal zoals in het voorgaande gedeelte.

Andere materialen die als kwetsbaar worden beschouwd, zoals glas, doorlopen de hierboven beschreven fasen niet. Breuk treedt op lang voordat merkbare vervormingen optreden.

Belangrijke details om in gedachten te houden

- De in principe beschouwde krachten houden geen rekening met de modificatie die ongetwijfeld optreedt in de dwarsdoorsnede van het preparaat. Dit veroorzaakt een kleine fout die wordt gecorrigeerd door de werkelijke spanningen in een grafiek weer te geven, die rekening houden met de verkleining van het oppervlak naarmate de vervorming van het preparaat toeneemt.

- De beschouwde temperaturen zijn normaal. Sommige materialen zijn ductiel bij lage temperaturen, terwijl andere broze materialen zich als ductiel gedragen bij hogere temperaturen.

Referenties

1. Beer, F. 2010. Mechanica van materialen. McGraw Hill. 5e. Editie. 47-57.
2. Ingenieurs Edge. Opbrengststerkte. Hersteld van: engineersedge.com.
3. Kruipend stress. Hersteld van: instron.com.ar
4. Valera Negrete, J. 2005. Opmerkingen over algemene fysica. UNAM. 101-103.
5. Wikipedia. Kruipen. Hersteld van: Wikipedia.com