CE ESTE EFORTUL DE RANDAMENT ȘI CUM SE POATE OBȚINE? - FIZIC - 2025

Efortul de curgere este definit ca efortul necesar pentru un obiect să înceapă să permanent deformează, adică, să fie supuse deformării plastice , fără a rupe sau fracturare.

Deoarece această limită poate fi un pic imprecisă pentru unele materiale, iar precizia echipamentelor utilizate este un factor de greutate, în inginerie s-a stabilit că tensiunea de randament în metale precum oțelul structural este una care produce 0,2% deformare permanentă în obiectul.

Figura 1. Materialele utilizate în construcții sunt testate pentru a determina cât de mult pot suporta stresul. Sursa: Pixabay.

Cunoașterea valorii tensiunii de randament este important să știți dacă materialul este potrivit pentru utilizarea pe care doriți să o acorda pieselor fabricate cu acesta. Atunci când o piesă a fost deformată peste limita elastică, este posibil să nu-și poată îndeplini corect funcția prevăzută și trebuie înlocuită.

Pentru a obține această valoare, testele sunt, de obicei, efectuate pe probe realizate cu materialul (epruvete sau epruvete), care sunt supuse la diverse solicitări sau sarcini, măsurând alungirea sau întinderea pe care o experimentează cu fiecare. Aceste teste sunt cunoscute sub numele de teste de tracțiune.

Pentru a efectua un test de tracțiune, începeți prin aplicarea unei forțe de la zero și creșteți treptat valoarea până la ruperea eșantionului.

Încurcați curbele de stres

Perechile de date obținute prin testul la tracțiune sunt reprezentate prin plasarea încărcăturii pe axa verticală și tulpina pe axa orizontală. Rezultatul este un grafic precum cel prezentat mai jos (figura 2), numit curba de efort-efort pentru material.

Din aceasta sunt determinate multe proprietăți mecanice importante. Fiecare material are propria sa curbă tensiune. De exemplu, unul dintre cele mai studiate este acela al oțelului structural, numit și oțel cu carbon slab sau cu conținut scăzut de carbon. Este un material utilizat pe scară largă în construcții.

Curba tensiune-tensiune are zone distincte în care materialul are un anumit comportament în funcție de sarcina aplicată. Forma lor exactă poate varia considerabil, dar au totuși câteva caracteristici în comun, care sunt descrise mai jos.

Pentru cele ce urmează, a se vedea figura 2, care corespunde în termeni foarte generali cu oțelul structural.

Figura 2. Curba tensiune-tensiune pentru oțel. Sursa: modificat din Hans Topo1993

Zona elastica

Zona de la O la A este zona elastică, unde legea lui Hooke este valabilă, în care tensiunea și încordarea sunt proporționale. În această zonă materialul este recuperat complet după aplicarea tensiunii. Punctul A este cunoscut drept limita proporționalității.

În unele materiale, curba care merge de la O la A nu este o linie dreaptă, dar totuși sunt elastice. Important este că ei revin la forma lor inițială atunci când încetarea încetării.

Zona elastic-plastic

În continuare avem regiunea de la A la B, în care deformarea crește mai rapid odată cu efortul, lăsându-le pe amândouă proporționale. Panta curbei scade și la B devine orizontală.

Din punctul B, materialul nu își mai recuperează forma inițială, iar valoarea stresului din acel moment este considerată a fi cea a tensiunii de randament.

Zona de la B la C se numește randamentul sau zona de fluaj a materialului. Acolo deformarea continuă, chiar dacă sarcina nu crește. S-ar putea chiar scădea, motiv pentru care se spune că materialul în această stare este perfect plastic.

Zona de plastic și fractura

În regiunea de la C la D, are loc o întărire a tulpinii, în care materialul prezintă modificări ale structurii sale la nivel molecular și atomic, care necesită eforturi mai mari pentru realizarea deformațiilor.

Din acest motiv, curba înregistrează o creștere care se încheie la atingerea tensiunii maxime σ _max.

De la D la E există încă o deformare posibilă, dar cu o sarcină mai mică. Un fel de subțiere se formează în eșantionul (specimenul) numit strictura, ceea ce duce la observarea fracturii la punctul E. Cu toate acestea, deja la punctul D, materialul poate fi considerat a fi spart.

Cum se obține efortul de randament?

Limita elastică L _e dintr - un material este tensiunea maximă care poate rezista fără a pierde din elasticitate. Se calculează prin coeficientul dintre mărimea forței maxime F _m și aria secțiunii transversale a eșantionului A.

L _e = F _m / A

Unitățile limitelor elastice din Sistemul internațional sunt N / m ² sau Pa (Pascals), deoarece este o tensiune. Limita elastică și limita de proporționalitate din punctul A sunt valori foarte apropiate.

Dar după cum s-a spus la început, este posibil să nu fie ușor să le determinați. Stresul de randament obținut prin curba de efort-efort este aproximarea practică la limita elastică folosită în inginerie.

Randament de tensiune din curba de efort-efort

Pentru a o obține, o linie este trasată paralel cu linia care corespunde zonei elastice (cea care se supune legii lui Hooke), dar deplasată aproximativ 0,2% pe scara orizontală sau 0,002 inch pe inch de deformare.

Această linie se extinde pentru a intersecta curba într-un punct a cărui coordonată verticală este valoarea de tensiune de randament dorită, notată ca σ _și , așa cum se arată în figura 3. Această curbă aparține unui alt material ductil: aluminiu.

Figura 3. Curba tensiune-tensiune pentru aluminiu, din care se determină în practică tensiunea de randament. Sursa: creată de sine.

Două materiale ductile, cum ar fi oțelul și aluminiul, au curbe diferite de eforturi. Aluminiul, de exemplu, nu are secțiunea de oțel aproximativ orizontală văzută în secțiunea precedentă.

Alte materiale considerate fragile, cum ar fi sticla, nu trec prin etapele descrise mai sus. Ruptura are loc cu mult înainte să apară deformări apreciabile.

Detalii importante de reținut

- Forțele luate în considerare în principiu nu iau în considerare modificările care se produc fără îndoială în zona transversală a specimenului. Aceasta induce o mică eroare care este corectată prin graficarea eforturilor reale, cele care iau în considerare reducerea ariei pe măsură ce crește tulpina epruvetei.

- Temperaturile considerate sunt normale. Unele materiale sunt ductile la temperaturi scăzute și nu mai sunt ductile, în timp ce altele fragile se comportă ca ductile la temperaturi mai ridicate.

Referințe

1. Beer, F. 2010. Mecanica materialelor. McGraw Hill. 5-a. Ediție. 47-57.
2. Ingineri Edge. Puterea de randament. Recuperat de la: engineeredge.com.
3. Stresul fluier. Recuperat de la: instron.com.ar
4. Valera Negrete, J. 2005. Note privind fizica generală. UNAM. 101-103.
5. Wikipedia. Târî. Recuperat de la: Wikipedia.com