Инженерството и материалознанието не могат да съществуват без познаване на определенията за граница на провлачване и якост на опън. Тези две свойства определят как материалите ще реагират на напрежение и натоварване. Граница на провлачване е точката, в която материалът може да се деформира. Якостта на опън е максималното натоварване, което можем да приложим към даден материал, преди да се счупи. Така, тази статия дава подробности за имотите, формули, сравнения, и физическото значение на двете свойства. освен това, ние основно обсъждаме сравнението между границата на провлачване и якостта на опън.
Основи на кривата напрежение-деформация
Сплотено стрес или напрежение е крива, която представлява промяната в размера или формата на материал под напрежение. Така, когато стресът се повиши, материалите се държат еластично в началния етап и могат да възвърнат първоначалната си форма. След това, границите на провлачване дават етап на еластична деформация, и промените са постоянни. Тук материалът се счупва при кривата и крайната якост на опън. Така, отвъд тази точка, материалът не издържа на стрес.
Какво е граница на провлачване?
Това е точката на кривата напрежение-деформация, където материалът не успява да възвърне реалната си форма след прилагане на напрежение. Пластичната деформация е неговата степен на устойчивост срещу постоянна деформация, важна характеристика в структурното и машинно инженерство. Опитните инженери използват границата на провлачване, за да преценят колко натоварване може да понесе даден материал, без да претърпи постоянна деформация.
Формула за граница на провлачване
Можем да изчислим границата на провлачване (s_y) като:
σy=Fy/Ao
Тук
Fy = сила, приложена при границата на провлачване,
𝐴o = оригиналната площ на напречното сечение
Какво е якост на опън?
Също така е крайна якост на опън (UTS)и се отнася до нивото на стрес. Тук, материалите са подложени на операции по разтягане или издърпване до повреда. Тук кривата напрежение-деформация е мястото, където материалът предлага своята максимална устойчивост на приложеното натоварване. След достигане на якост на опън, има област на шиене; след това, материалът се проваля и се счупва. Якостта на опън е критична в някои приложения, за да се установи компетентността на материала при придържане към високо напрежение.
Формулата за якост на опън:
Можем да изчислим якостта на опън (s_t) като:
σt = Ft/Ao
Къде:
𝐹𝑡 = максималната сила, която притежава материалът,
𝐴o = е оригиналната площ на напречното сечение на материала.
Сравнение между границата на провлачване и якостта на опън
Ето някои от често срещаните разлики между границата на провлачване и якостта на опън：
1. Определение и цел
YS и UTS са изключително важни в инженерството на материалите. Всеки имот изпълнява различни функции, i.e. анализиране на поведението на материала при стрес. Граница на провлачване определя нивото на напрежение, при което материалът претърпява постоянна деформация и възвръща първоначалната си форма.
Докато е на опън (крайна якост на опън) е най-високото напрежение, на което материалът може да издържи, преди да се счупи. Неговите приложения на сили, действащи по линия на действие, за да разделят подобна линия.
2. Крива напрежение-деформация и позицията върху нея
Границата на провлачване се определя при прехода от сегмента, който описва само еластична деформация, към следващата част от кривата напрежение-деформация, показваща по-трайна промяна на формата. Якостта на опън може да бъде определена чрез пиковата стойност - точката, показваща максималното напрежение на опън, което е способността на материала да издържа на натоварвания до образуване на шия и разрушаване.
3. Приложение в строителната конструкция
Граница на провлачване се прилага, за да се гарантира, че структурите няма да загубят форма при напрежение. например, якостта на провлачване засяга носещите елементи на сграда като колони или мост като опорни греди. Якост на опън, обаче, е достатъчно висока, за да не се чупят лесно материалите, когато са изправени пред сили на теглене.
4. Съображения относно фактора на безопасност
Границата на провлачване е избрана като проектна граница за коефициентите на безопасност. Няколко материала, които могат да преминат тази граница на провлачване, представляват заплаха. Тази заплаха може да наруши целостта на структурата и да я деформира. Якостта на опън предлага крайна граница за нивото на сила. Защото отвъд това ниво, настъпва счупване, което е потенциално при приложения с висок стрес.
5. Пластичност на материала и крехкост на материала
Здравината на закрепването, както и твърдостта и безразсъдството също допринасят за тези силни страни. Силата на провлачване често съвпада с пластичността, това е, такъв материал може да понесе по-големи натоварвания, преди да се деформира трайно. Като цяло, якостта на опън е по-висока при пластичните материали. Но крехките материали също могат да дадат висока якост на опън пропорционално на границата на провлачване, лесно биха могли да се счупят.
6. Приложение в реалния живот и индустриите
освен това, границата на провлачване е критична за формата на компонента и не изисква постоянна деформация при обичайни натоварвания. От друга страна, якостта на опън е важна в области като космонавтиката и автомобилостроенето. Тук веществата са принудени да реагират на въртящия момент, без да се счупят.
7. Техники, използвани при тестване и измерване
Дори процедурите, използвани за измерване на всеки имот, са различни. Граница на провлачване може да се получи чрез извършване на напрежение до началото на пластичната деформация или чрез прилагане на напрежение, което кара материала да претърпи пластична деформация; добивът може да се определи с помощта на офсетни методи като напр 0.2% за метали. Якостта на опън обаче се постига чрез постепенно прилагане на напрежение, докато настъпи счупване или повреда.
8. Влияние на температурата и околната среда
Температурата и други условия могат да повлияят и на двете свойства. Еластичността може да намали границата на провлачване на материала. Тъй като това определя нивото на напрежение, което материалът може да издържи без деформация. Якостта на опън зависи и от температурата. Въпреки че повечето материали са по-здрави при високи температури, отколкото при ниски температури.
| Имот | Сила на провлачване | Издръжливост на опън |
| Определение | Напрежение, при което започва трайна деформация. | Максимално напрежение преди счупване. |
| Точка на кривата напрежение-деформация | Преход от еластична към пластична деформация. | Пик преди материалът да се счупи. |
| единици | MPa или psi. | MPa или psi. |
| Типичен диапазон на стойността | 200 MPa до 2500 MPa. | 250 MPa до 3500 MPa. |
| Важност | Показва устойчивост на трайна деформация. | Показва максимално натоварване преди счупване. |
| Пример за приложение | Носещи конструкции (напр., мостове). | Изключителна устойчивост на сила (напр., кабели). |
| Материално поведение | Устойчивост на постоянна промяна. | Устойчивост на провал. |
Провлачването и якостта на опън като ключови показатели за ефективност
Както провлачването, така и якостта на опън са важни за материала, за да се анализира неговия капацитет. Така, може да помогне за поддържане на структурната здравина при напрежение, така че да не променя формата и размера си. Якостта на опън разкрива максималното напрежение, което материалът може да понесе без повреда, приложимо за материали, подложени на екстремни сили. Като цяло, те насочват направения избор на материали и форми за постигане на безопасност и надеждност.
Прилагане на провлачване и якост на опън в реалния свят и примери
По-долу са някои от примерите в реално време за граница на провлачване спрямо якост на опън：
1. Строителство
Високата якост на провлачане в конструкции като стомана и бетон играе критична роля. Така, може да поддържа физическата структура на комплекса под високо налягане. Някои свойства, показани от кабелите, използвани в окачени мостове, включват; якост на опън. Той обезкуражава кабелите от скъсване при по-големи сили.
2. Автомобилна и космическа индустрия
В автомобилни приложения, якостта на провлачване предотвратява деформация по време на сблъсъци. Якостта на опън предотвратява счупването на частта. Тези аерокосмически материали могат да притежават както свойствата да издържат тежестта на летящия товар, така и тежките условия.
3. Производство на промишлени продукти и тежки машини
Изискваните механични свойства на зъбните колела и машинните части включват висока якост на опън, за да се предотврати повреда при натоварване, докато високата граница на провлачване е желателна за рамките на машината, за да се предотврати деформация по време на употреба.
4. Медицински импланти и устройства
Общите материали, които се използват в медицинските импланти, включват титан и неръждаема стомана. Така, важно е да имате висока якост на провлачване и якост на опън, за да избегнете деформация и/или счупване.
5. Спортна екипировка
Провлачването и якостта на опън са важни за съответния материал в спортното оборудване, т.е., велосипеди от въглеродни влакна и тенис ракети. Трябва да поеме многократни цикли на напрежение/деформация, без да се намалят характеристиките или целостта на материала.
Прилики между провлачването и якостта на опън
Следват някои общи аспекти на границата на провлачване и якостта на опън:
- И двете измерват якостта на материала: Граница на провлачване и якост на опън са две, използвани за оценка на това колко здрав е даден материал. Така, може да издържи силово напрежение без повреда.
- Ключ за структурен дизайн: И двете се използват за оценка кой материал е подходящ за граждански структури. Тези структури могат да бъдат сгради, машини, и превозни средства; за да не се износва лесно.
- Помощ за прогнозиране на поведението на материала: И двете са много важни за прогнозиране на поведението на материалите под натоварване. Те могат да изберат дизайн на продукта, за да издържат на определени условия на стрес.
- Важно за избора на материал: И двете са от решаващо значение при избора на правилните материали за различни индустрии. Така, може да гарантира, че материалите работят ефективно и безопасно при различни условия.
- Измерено чрез изпитване на опън: Провлачването и якостта на опън се изпитват чрез методи за изпитване на опън, в който напрежението и деформацията се измерват, за да се определят характеристичните стойности в диаграмата напрежение-деформация.
Заключение
В заключение, Провлачването и якостта на опън са важни характеристики на материала, които са от първостепенно значение в инженерството и характеризирането на материала. Якостта на провлачване е мярката за съпротивление на материала срещу деформация в определена точка, а якостта на опън е мярка за максимално напрежение. Тези свойства ни говорят за здравината, която може да издържи даден материал, преди да се счупи. И двете са важни за гарантиране на надеждността и устойчивостта на конструкциите, продукти, и системи. Тези системи могат да включват конструкция, автомобилен, и космическата индустрия, и т.н. Така горните концепции помагат на инженерите да идентифицират правилните материали за използване в зависимост от изискваните стандарти за изпълнение.
Често задавани въпроси
Каква е разликата между термините граница на провлачване и якост на опън?
Граница на провлачване е етап, при който се образува постоянна пластична деформация. От друга страна, якостта на опън е максималното натоварване, което материалът може да понесе преди разрушаване.
Какви са методите за измерване на якост на опън и провлачване?
И двете се определят чрез тест за опън, при който се издърпва малък образец от материала. Така, може да записва стойности на напрежение и деформация и да получава тези свойства.
Коя от двете силни страни е по-полезна за строителния инженер?
Това е така, защото границата на провлачване е вероятно по-важна за структурни приложения. Това се дължи главно на способността му да показва кога даден материал се е деформирал пластично, което може да причини повреда на конструкцията.
