ČO JE ÚSILIE O VÝNOS A AKO HO ZÍSKAŤ? - FYZICKÝ - 2026

Medza klzu je definovaná ako úsilie potrebné k objektu, ktorý má začať trvale deformujú, to znamená, podrobiť plastickú deformáciu bez porušenia alebo štiepenie.

Pretože tento limit môže byť pre niektoré materiály trochu nepresný a presnosť použitého zariadenia je váhovým faktorom, v strojárstve sa zistilo, že medza klzu v kovoch, ako je konštrukčná oceľ, je taká, ktorá spôsobuje 0,2% trvalú deformáciu v objekt.

Obrázok 1. Materiály použité v konštrukcii sa skúšajú, aby sa stanovilo, koľko napätia sú schopné vydržať. Zdroj: Pixabay.

Znalosť hodnoty medzného zaťaženia je dôležitá, aby ste vedeli, či je materiál vhodný na použitie, ktoré chcete dať súčiastkam vyrobeným s ním. Ak bola časť deformovaná za hranicu pružnosti, nemusí byť schopná správne vykonávať svoju zamýšľanú funkciu a musí sa vymeniť.

Aby sa získala táto hodnota, skúšky sa zvyčajne uskutočňujú na vzorkách vyrobených z materiálu (skúmavky alebo vzorky), ktoré sú vystavené rôznym namáhaniam alebo zaťaženiam, pričom sa meria pretiahnutie alebo napínanie, ktoré s nimi prechádzajú. Tieto skúšky sa nazývajú ťahové skúšky.

Na vykonanie skúšky ťahom začnite pôsobením sily od nuly a postupne zvyšujte hodnotu, až kým sa vzorka nerozbije.

Krivky napätia namáhania

Dátové páry získané skúškou ťahom sa vynesú do grafu umiestnením zaťaženia na vertikálnu os a zaťaženia na horizontálnu os. Výsledkom je graf, ako je uvedený nižšie (obrázok 2), nazývaný krivka závislosti napätia a deformácie pre materiál.

Z toho sa určujú mnohé dôležité mechanické vlastnosti. Každý materiál má svoju vlastnú krivku napätie-deformácia. Napríklad jedna z najviac študovaných je konštrukčná oceľ, ktorá sa tiež nazýva mäkká alebo nízkouhlíková oceľ. Je to materiál, ktorý sa bežne používa v stavebníctve.

Krivka napätie-deformácia má charakteristické oblasti, v ktorých má materiál určité správanie podľa aplikovaného zaťaženia. Ich presný tvar sa môže výrazne líšiť, majú však spoločné niektoré vlastnosti, ktoré sú opísané nižšie.

Ďalej pozri obrázok 2, ktorý veľmi všeobecne zodpovedá konštrukčnej oceli.

Obrázok 2. Krivka napätia-deformácia pre oceľ. Zdroj: upravené od Hansa Topo1993

Elastická zóna

Oblasť od O do A je elastická oblasť, v ktorej platí Hookeov zákon, v ktorej je napätie a napätie úmerné. V tejto zóne sa materiál po aplikácii napätia úplne izoluje. Bod A je známy ako limit proporcionality.

V niektorých materiáloch nie je krivka od 0 do A priama, ale napriek tomu je stále elastická. Dôležité je, že sa po ukončení nabíjania vrátia do pôvodného stavu.

Elasticko-plastová zóna

Ďalej máme oblasť od A do B, v ktorej sa deformácia zvyšuje s úsilím rýchlejšie, pričom obidve nie sú proporcionálne. Sklon krivky klesá a pri B sa stáva horizontálnou.

Z bodu B už materiál neobnovuje svoj pôvodný tvar a hodnota napätia v tomto bode sa považuje za hodnotu medze klzu.

Oblasť od B do C sa nazýva výnosová alebo dotvarovacia zóna materiálu. Tam deformácia pokračuje, aj keď sa nezvyšuje zaťaženie. Mohlo by to dokonca klesnúť, a preto sa hovorí, že materiál v tomto stave je dokonale plastický.

Plastická zóna a zlomenina

V oblasti od C do D sa vyskytuje deformačné vytvrdenie, v ktorom materiál vykazuje zmeny v jeho štruktúre na molekulárnej a atómovej úrovni, čo vyžaduje väčšie úsilie na dosiahnutie deformácií.

Z tohto dôvodu krivka zaznamenáva rast, ktorý sa končí dosiahnutím maximálneho napätia σ _max.

Od D do E je stále možná deformácia, ale s menším zaťažením. Vo vzorke (vzorke) sa vytvára určitý druh riedenia, ktorý sa nazýva zúženie, čo nakoniec vedie k pozorovaniu zlomeniny v bode E. Avšak už v bode D sa materiál môže považovať za zlomený.

Ako získať výnosové úsilie?

Elastický limit L _e materiálu je maximálne namáhanie, ktoré vydrží bez straty elasticity. Vypočítava sa kvociente medzi veľkosti maximálna sila F _m a prierezová plocha vzorky A.

L _e = F _m / A

Jednotkami elastického limitu v medzinárodnom systéme sú N / m ² alebo Pa (Pascals), pretože ide o stres. Elastický limit a limit proporcionality v bode A sú veľmi podobné hodnoty.

Ale ako už bolo povedané na začiatku, nemusí byť ľahké ich určiť. Medza klzu získaná krivkou napätie-deformácia je praktickým priblížením sa k elastickému limitu použitému v technike.

Výťažkové napätie z krivky napätie-deformácia

Na jeho získanie je nakreslená čiara rovnobežná s čiarou, ktorá zodpovedá elastickej zóne (tá, ktorá dodržiava Hookeov zákon), ale vo vodorovnej mierke alebo 0,002 palca na palec deformácie je posunutá približne o 0,2%.

Táto čiara sa rozprestiera, kým pretína krivku v bode, ktorého vertikálna súradnica je požadovaná hodnota medze prieťažnosti, označená ako σ _y , ako je znázornené na obrázku 3. Táto krivka patrí k inému ťažnému materiálu: hliníku.

Obrázok 3. Krivka napätia-deformácia pre hliník, z ktorej sa v praxi určuje medza klzu. Zdroj: vlastný.

Dva tvárne materiály, ako napríklad oceľ a hliník, majú rôzne krivky napätia a deformácie. Napríklad hliník nemá v predchádzajúcom úseku zhruba vodorovnú časť ocele.

Iné materiály, ktoré sa považujú za krehké, ako napríklad sklo, neprechádzajú vyššie uvedenými fázami. Roztrhnutie nastáva dlho predtým, ako nastanú značné deformácie.

Nezabudnite na dôležité podrobnosti

- Sily, ktoré sa zvažujú, v zásade nezohľadňujú úpravu, ktorá sa bezpochyby vyskytuje v priereze vzorky. To vyvoláva malú chybu, ktorá je korigovaná pomocou grafu skutočných napätí, tých, ktoré berú do úvahy zmenšenie plochy pri rastúcej deformácii vzorky.

- Zohľadňované teploty sú normálne. Niektoré materiály sú tvárné pri nízkych teplotách a už nie sú tvárné, zatiaľ čo iné krehké materiály sa správajú ako tvárné pri vyšších teplotách.

Referencie

1. Beer, F. 2010. Mechanika materiálov. McGraw Hill. 5 .. Vydanie. 47-57.
2. Edge Edge. Výťažnosť. Obnovené z: engineersedge.com.
3. Creep stress. Obnovené z: instron.com.ar
4. Valera Negrete, J. 2005. Poznámky k všeobecnej fyzike. UNAM. 101-103.
5. Wikipedia. Creep. Obnovené z: Wikipedia.com