Statyczna próba rozciągania – podstawowa metoda badań wytrzymałościowych materiałów konstrukcyjnych.
W statycznej próbie rozciągania rozciąga się odpowiednio wykonany pręt o przekroju okrągłym wykorzystując urządzenie zwane zrywarką. W czasie próby rejestruje się zależność przyrostu długości próbki od wielkości siły rozciągającej oraz rejestruje się granice sprężystości, przewężenie próbki i siłę zrywającą próbkę. Naprężenia w próbce oblicza się dzieląc siłę rozciągającą przez pole poprzeczne próbki (uwzględniając przewężenie lub nie uwzględniając go).
Typowy wykres naprężenie-odkształcenie pokazuje rysunek. Początkowo wzrost naprężenia powoduje liniowy wzrost odkształcenia. W zakresie tym obowiązuje prawo Hooke'a. Po osiągnięciu naprężenia Re, zwanego granicą sprężystości materiał przechodzi w stan plastyczności, a odkształcenie staje się nieodwracalne. Przekroczenie granicy sprężystości, zauważalne w okresie chwilowego braku przyrostu naprężenia, powoduje przejście materiału w stan plastyczny. Dalsze zwiększanie naprężenia powoduje nieliniowy wzrost odkształcenia, aż do momentu wystąpienia zauważalnego, lokalnego przewężenia zwanego szyjką. Naprężenie, w którym pojawia się szyjka, zwane jest wytrzymałością na rozciąganie Rm. Dalsze rozciąganie próbki powoduje jej zerwanie przy naprężeniu rozrywającym Ru.(Uwaga! Wykres przedstawia dwie linie. Przerywana pokazuje naprężenie rzeczywiste obliczane przy uwzględnieniu przewężenia próbki. Linia ciągła pokazuje wykres naprężenia obliczanego przy uwzględnieniu pola wyjściowego próbki. Czyni się tak, by zaobserwować wartość Rm, będącą lokalnym maksimum krzywej).Ten ogólny przypadek znacznie różni się dla różnych materiałów. Np. materiały sprężyste, jak stale wysokowęglowe, żeliwa, stale sprężynowe, nigdy nie przechodzą w stan plastyczny, lecz wcześniej ulegają zerwaniu. Dla wielu materiałów granica plastyczności jest trudna do określenia, gdyż nie istnieje wyraźnie przejście z zakresu sprężystego do plastycznego.
Na podstawie wyników pomiarów statyczną próbą rozciągania można określić podstawowe wielkości wytrzymałościowe materiału, jakimi są: Re, Rm, moduł Younga i współczynnik Poissona.
Przykład próbki wykorzystywanej w statycznej próbie rozciągania metali.
udarność - odporność materiału na złamanie przy uderzeniu. Udarność określa się jako stosunek pracy L potrzebnej na złamanie znormalizowanej próbki z karbem do przekroju pola A poprzecznego tej próbki w miejscu karbu:
Udarność, własność mechaniczna wyrażająca się odpornością materiału na pęknięcie przy uderzeniu. Do prób udarności używa się znormalizowanych próbek materiałów z nacięciem (w kształcie U lub V), które, oparte na podporach, uderzane są młotem wahadłowym po przeciwnej stronie nacięcia. Udarność obliczana jest jako stosunek energii zużytej na złamanie próbki do pola pierwotnego przekroju próbki w miejscu przełamania. Nowoczesne młoty udarnościowe do prób udarności wyposażane są w specjalne urządzenia różnicowe, pozwalające na bezpośredni odczyt ze skali wartości energii wykorzystanej do złamania próbki.
reologia - to nauka o plastycznej deformacji (odkształceniach) oraz płynięciu materiałów. reologia wypełnia lukę, jaka istnieje pomiędzy teorią sprężystości ciał doskonale sprężystych i mechaniką płynów newtonowskich i zajmuje się zagadnieniami związanymi z odkształceniami i płynięciem rzeczywistych, spotykanych w praktyce materiałów - od stopów metali po rozrzedzone płyny - takie jak np. piana.
W szczególności, reologia zajmuje się takimi zagadnieniami jak:
· zmiennymi relacjami między naprężeniem i odkształceniem
· zmienną lepkością
· odrywaniem i mieszaniem się cząstek substancji poddawanych naprężeniom
· układaniu się substancji względem podłoża lub naczynia
· prędkością tłoczenia substancji
· formowaniem jej powierzchni
pełzanie – odkształcenie materiału przy stałym obciążeniu i przy stałej temperaturze.
Relaksacja (zjawisko reologiczne) - zmniejszenie naprężeń przy stałym odkształceniu (w czasie).
Tworzywo sztuczne – materiał powstały w wyniku polireakcji z wielofunkcyjnych związków o małej masie cząsteczkowej
Np. etylen jest monomerem dwufunkcyjnym
Fenol- trójfunkcyjnym
Polimer – wiele merów
Polichlorek winylu = węgiel + sól kuchenna
W tensometrii elektrooporowej wykorzystuje sie zjawisko zmiany oporności elektrycznej przewodnika wynikającej z jego wydłużenia lub skrócenia. Zależność opisuje wzór:
gdzie: ρ - jest opornością właściwą (rezystywnością) materiału przewodnika; L - długość przewodnioka; A - pole przekroju
Powiązanie z odkształceniami następuje przez oblczenie względnego przyrostu oporności wg zależności
gdzie: ΔR - przyrost oporności ; α - stały współczynnik zależny od wymiarów materiału, (typowa wartość 2) ; ε - odkształcenie
Rys. 2. Mostek Wheatstone'a
Zasada mostka pracującego w punkcie równowagi jest wykorzystana w mostku Wheatstone'a (Rys. 2). Warunkiem równowagi dla takiego mostka jest:
Zazwyczaj, stosunek oporników R3 do R4 może być ustawiany na jedną z następujących wartości: 0,01; 0,1; 1; 10; itd., co umożliwia zmianę zakresu mostka. Wartość rezystancji opornika R2 może być płynnie regulowana tak, aby osiągnąć stan równowagi mostka. Zatem znając wartości rezystancji R2, R3 i R4 można dokładnie wyznaczyć nieznaną wartość rezystancji Rx.
Czułość mostka Sm zależy od napięcia wejściowego (zasilającego) Uwe oraz zmiany wartości rezystancji R2:
Rozdzielczość pomiaru dR zależy od: czułości Su urządzenia pomiarowego wykrywającego napięcie wyjściowe, stosunku rezystancji wewnętrznych mostka, rezystancji wewnętrznej Ru urządzenia pomiarowego, całkowitej rezystancji Rm mostka (rezystancji widzianej z zacisków wejściowych), czułości mostka oraz wartości napięcia zasilającego (wejściowego):
Z powyższego równania wynika, że rozdzielczość jest tym większa im większa jest czułość urządzenia pomiarowego. Rozdzielczość rośnie również ze wzrostem napięcia zasilania, jednak wartość napięcia jest ograniczona od góry z uwagi na dopuszczalną moc wydzielaną na opornikach mostka. Jeśli moc ta będzie zbyt duża dojdzie do trwałego uszkodzenia.
zmęczenie materiału - zjawisko pękania materiału pod wpływem cyklicznie zmieniających się naprężeń.
Wytrzymałość zmęczeniowa to graniczna amplituda naprężeń poniżej której materiał nie ulega zniszczeniu (przy danej liczbie cykli - cykle to wynik pojedynczego badania zmęczeniowego)
Ocenia się, że spośród zniszczonych podczas eksploatacji ruchomych części maszyn, 90 % stanowią zniszczenia zmęczeniowe.
2
LaSylka