Максимална якост на опън

Познаване на здравината на материала, особено метали, е доста наложително в повечето инженерни дисциплини. Сред всички измервания, крайна якост на опън (UTS) се споменава най-често. Концепцията е изключително важна при оценката на материалните характеристики. UTS означава способността на материала да издържа на силата на опън без раздробяване. Става приложим в почти всички продукти и аксесоари като кабели, въжета, и метални рамки. Тази статия е изцяло за крайната якост на опън (UTS).

Определяне на крайната якост на опън

UTS е сила, използвана при разтягане на материали. Това води до увеличаване на размера по оста на товара. Напрежението на опън се определя като силата, която действа в съотношение към площта на напречното сечение на материала.

𝐹: F, приложено към еластичен прът, разделено на площта на напречното сечение

𝐴: Еднаква сила A на пръта, която е в нейната перпендикулярна посока.

Пластичните материали обикновено могат да понасят натоварвания, докато, от друга страна, крехките материали могат да се повредят много преди капацитета им.

Когато се приложи сила на опън, могат да бъдат оценени няколко свойства на опън:

• Модул на еластичност: Съотношението на промяната в напрежението към съответната промяна в деформацията. Известен е още като модул на еластичност. EM обикновено е мярка за напрежението при деформация по време на еластична деформация, измерено от графиката напрежение-деформация.
• Крайно напрежение на опън (UTS): Максималното ниво на напрежение, до което всеки определен материал може да бъде тестван в необходимата точка. Обикновено се измерва, когато се прави тест за опън. По този начин, максимумът, който материалът може да бъде разтегнат, е до точката на известната UTS; тогава може да се образува пукнатина.
• Модул на устойчивост: Съотношението се изразява като напрежение на опън върху два пъти модула на Юнг на материала.
• Фрактурен стрес: Напрежение при счупване, означен като „σₓ“, е максималното напрежение в точката на пукнатината точно преди да настъпи повреда. Като правило, изчислява се като напрежение = приложено напрежение/площ на напречното сечение на материала. Общо взето, FS се измерва в psi паунд или тонове на квадратен инч.

UTS определя максималното напрежение, получено при изпитване на опън по време на счупване. Той определя как или по какъв начин определен материал отговаря на различни приложения. освен това, UTS е основно свойство при определяне на поведението на материала при натоварване.

UTS върху диаграма напрежение-деформация

Кривата напрежение-деформация може да бъде разделена на четири основни области:

Пропорционална граница

Пропорционалната граница е област, в която материалът се държи като пружина. Възникналата тук деформация е възстановима. Зоната, оцветена на фигурата по-горе, е известна като област на Хук според закона на Хук, който определя връзката между напрежение и напрежение.

Ограничение на добива

Когато материалът достигне пропорционалната граница, тогава той лежи в зоната на границата на добива. Тук, настъпва постоянна деформация. И в двата случая, силата на опън се разтоварва или обръща; материалът няма да се върне към първоначалния си размер.

Област на закаляване на деформация

По-високото напрежение на опън допълнително води материала до областта на деформационно втвърдяване на крива напрежение-деформация. Конкретният раздел е забележителен, защото променя естеството на кристалите на материала. Предвиденото напрежение е достатъчно, за да промени микроструктурата на материала. Също, прави материала по-еластичен.

Necking Region

В микромащаб, материалът е най-силен, преди да стигне до фазата на шийка. въпреки това, след като вратът започне, започва да отслабва. Шиенето се характеризира с локално намаляване на напречното сечение. По-късно при шиене, материалът се доближава до разпадане. На този етап, предлага по-малко стрес с повече напрежение. Напрежението се определя като сила на единица площ и следователно, поради границите на областта на костния участък напрежението е високо. Материалът се разгражда, докато пукнатината се разпространи през напречното сечение на разглеждания елемент, и елементът става безполезен.

UTS регион на кривата

Началото на областта на шийката от областта на деформационно втвърдяване определя UTS за материала. Но това важи само когато материалът е достигнал максималното си деформационно втвърдяване. Също, може да поддържа най-голямото безопасно натоварване.

Как може да се определи крайната якост на опън?

UTS се определя от тестове, извършени в лаборатории за изпитване на материали, оборудвани със сложно оборудване за тестване. Обикновено, напрежението се прилага върху даден образец по различни начини и на различни нива.

Метод на изпитване

Преди измерване на TS, инженерът безопасно поставя материала в машина за изпитване на опън. Общо взето, тези машини държат образеца в две или повече точки на контакт. След това прилага постоянна сила върху образеца, за да го изтегли с по-бавна скорост от силата на удара, използвана преди.

Инженерите, наблюдаващи теста, също така наблюдават и документират няколко аспекта на поведението на материала върху кривата напрежение-деформация, докато образецът се повреди или пластично се деформира. Тези тестове служат за множество цели, включително:

• Серия от избор на правилните материали, които да бъдат използвани при разработването на продукта.
• Прогнозиране на поведението на материала при практическа употреба.
• Мониторинг на степента на спазване на идентифицираните и съгласувани изисквания и качествени характеристики.

Тестване на нови продукти

Докато провеждате тези тестове, инженерите търсят конкретна информация за свойствата на материала, включително:

• Максимално натоварване: Максималното натоварване, което материалът може да издържи пропорционално или без напукване.
• Пластичност: Степента, до която образецът може да се деформира преди разрушаване на малки отделни фрагменти.
• Огъване: Способността на материала да се огъва, без да се счупи от едната страна, другата страна, или и двете.
• Удължение %: Характеристиката, по която, материалът, осигуряващ висока еластичност, става гъвкав при натиск.

Данните, събрани по време на тестването, помагат на производителите да решат какъв материал да използват в своите процеси. Якостта на опън се измерва по три основни начина:

• Сила на провлачване: Мярка за максималното напрежение, което материалът може да понесе, преди да се деформира необратимо. Увеличаването на границата на провлачване показва напрежението, при което не може да възвърне първоначалната си форма и форма.
• Крайна сила: Определя се като максималното тегло на единица обем, материал може да издържи в опънато състояние. Както беше посочено по-рано, UTS може да се дефинира като натоварването, което даден обект може да поеме във всеки даден момент, когато се раздели на площта на съответната конфигурация на обект.
• Сила на счупване: BS, е последният етап, в който материалът може да издържи напрежение без разцепване.

Защо разбирането на якостта на опън е важно?

Разбирането на якостта на опън на материала е от решаващо значение за безопасността на приложението. Повреда може да възникне при избора на материали с ниска якост на опън. В етап на проектиране, инженерите обръщат много внимание на границата на провлачване. Граница на провлачване се определя като границата на напрежението, при която се извършва задоволителна и постоянна деформация на частите. Що се отнася до крайната якост на опън, това е силата на материала, до която материалът може да продължи да се проваля. например, където снежният товар е голям, покривът непременно ще се огъне. Надхвърлянето на якостта на опън идва с вероятността структурите да бъдат разрушени.

Якост на опън срещу. Сила на провлачване

Якостта на опън и границата на провлачване са два параметъра в инженерните области. Границите на провлачване обикновено се използват при проектирането на продукта от инженерите. Следователно, за намаляване на риска, натоварването трябва да е под тази граница. Максималното натоварване, което винаги се прилага върху даден материал, никога не трябва да надвишава неговата граница на провлачване.

Трябва да се определи необходимото количество напречно сечение. Установено е, че свойствата на материала и геометрията на елементите определят максималното натоварване, което може да се приложи. За оптимизиране на решението, включен е коефициент на безопасност, за да се увеличи структурната безопасност. Този фактор обикновено варира между 1.5 и 2. Втората стойност се получава чрез умножаване на максималното натоварване по този коефициент. Това обяснява неочаквани натоварвания и потенциални дефекти на материала.

Проектирането за максимална якост на опън означава възможна деформация. Материалът може да загуби свойства, които определят неговата годност за употреба. Някои инструменти са закалени на напрежение, като ножове и гаечни ключове. Този процес подобрява тяхната якост до почти крайните стойности на якост на опън преди повреда.

Пределна якост на опън и плътност на различни материали

Таблицата по-долу показва няколко материала и техните крайни якости на опън заедно с тяхната плътност Следната информация е наложителна, за да се установи кои материали трябва да се използват в инженерството.

Заключение

UTS е доста фундаментален в инженерството. Помага при избора на материали за различни приложения. Познаването на UTS помага за безопасността и гаранции за ефективност. Металите обикновено имат високи стойности на якост на опън. въпреки това, неметалните компоненти като въглеродни влакна ги превъзхождат значително. Това показва, че изборът на материал е от решаващо значение. Дали строителство или използване на друг артикул, много е важно да знаете UTS. Накрая, само адекватното познаване на UTS прави артикула надежден и издръжлив, когато се използва. Свържете се с нас за повече информация.