۱۲ دی ۱۴۰۰ ادمین ۲
به اشتراک‌ گذاری

نمودار تنش کرنش در صنعت فولاد و بتن

۴.۲/۵ - (۱۳ امتیاز)

نمودار تنش کرنش، یک ابزار کلیدی برای پی بردن به خواص مکانیکی ماده است. در این مقاله، به طور کامل با اطلاعات حاصل از نمودار تنش کرنش آشنا خواهید شد.

تست‌های مخرب و غیر مخرب

از مقاطع مختلف فولادی مثل میلگرد و تیرآهن در تولید سازه‌های فلزی حساس مثل پل استفاده می‌شود. به منظور سنجش خواص این مقاطع، پیش از استفاده، آزمایش‌های مختلفی بر روی آن‌ها انجام می‌گیرد. همان‌طور که در مقاله کنترل کیفیت مقاطع فولادی مطالعه کردید، آزمایش‌های سنجش خواص ماده به دو دسته مخرب و غیر مخرب تقسیم می‌شوند. تست کشش در گروه تست های مخرب قرار می‌گیرد.
با استفاده از تست کشش مقاطع فولادی و دستیابی به نمودار تنش کرنش فولاد، می‌توان به بسیاری از خواص آن پی برد. اطلاعات حاصل از این منحنی، نقش بسیار مهمی در محاسبات مهندسی، در طراحی سازه‌های مختلف دارد.
پیش از شرح جزئیات نمودار تنش کرنش، بایستی با دو مفهوم تنش و کرنش آشنا شوید.

تنش:

نیروی وارده بر یک جسم در واحد سطح را تنش می‌گویند. حال اگر سطح، سطح اولیه نمونه باشد آن را تنش مهندسی، و اگر سطح لحظه‌ای نمونه را در نظر بگیریم آن را تنش حقیقی می‌نامند.

کرنش:

نسبت تغییر طول نمونه به طول کرنش نامیده می‌شود. اگر کرنش را نسبت به طول اولیه محاسبه کنیم به آن کرنش مهندسی، و اگر نسبت به طول لحظه‌ای سنجیده شود به آن کرنش حقیقی می‌گویند.

نمودار تنش کرنش چیست؟

نمودار تنش – کرنش از تست کشش، فشار و خمش به دست می‌آید. در حقیقت این نوع نمودار نشان دهنده رابطه بین تنش و کرنش یک ماده در نیروهای مختلف است.
از آنجا که تست کشش از جمله تست‌های مخرب است، بایستی یک نمونه از مقطع مورد نظر براساس استاندارد آماده شود. نمودار خروجی از دستگاه تست کشش بر اساس نیرو بر تغییرات طول رسم می‌شود که این منحنی، همان نمودار تنش کرنش است.
منحنی تنش کرنش معمولا در دو نوع کلی حقیقی و مهندسی قرار می‌گیرد که در ادامه تفاوت این دو نمودار را مورد بررسی قرار خواهیم داد.

تفاوت نمودار تنش کرنش حقیقی و مهندسی

از آنجا که تنش و کرنش به دو صورت حقیقی و مهندسی تعریف می‌شود، بنابراین دو نوع نمودار تنش کرنش مهندسی و حقیقی را خواهیم داشت.
در نمودار تنش کرنش حقیقی، سطح مقطع لحظه ای نمونه ملاک محاسبه تنش است در حالی که در تنش کرنش مهندسی، سطح مقطع اولیه قطعه ملاک قرار می‌گیرد. به همین دلیل پس از نقطع گلویی شاهد کاهش تنش در نمودار تنش و کرنش مهندسی هستیم. در شکل زیر این دو نمودار را برای یک ماده مشخص مشاهده می‌کنید:

تنش کرنش مهندسی و حقیقی

تفاوت نمودار تنش کرنش مهندسی و حقیقی

بخش های مختلف نمودار تنش کرنش

به منظور تحلیل نمودار تنش کرنش، باید مناطق مختلف آن را شناخت. برای آشنایی با نواحی مختلف منحنی تنش-کرنش، نمودار زیر را در نظر بگیرید:

نقاط مهم نمودار تنش کرنش

نقاط مهم نمودار تنش کرنش

نقاط مشخص شده در نمودار، برای مهندسان، نقاط با اهمیتی تلقی می‌شود:

نقطه A، حد تناسب:

آخرین نقطه‌ای که قانون هوک تنش کرنش در آن جا صادق است و رفتار ماده تا این نقطه کاملا الاستیکی است.

نقطه B، حد الاستیک یا نقطه تسلیم:

در این نقطه ماده در برابر تنش وارده تسلیم شده و پس از آن از خود رفتار پلاستیک نشان می‌دهد. به همین دلیل به آن نقطه تسلیم در نمودار تنش کرنش گفته می‌شود.

نقطه D، مقاومت نهایی:

حداکثر مقدار تنشی که یک ماده می‌تواند تحمل کند بدون آنکه دچار شکست شود، به آن استحکام کششی یا تنش ماکزیمم می‌گویند.

نقطه E، نقطه شکست:

از نقطه D به بعد، نمونه شروع به گلویی شدن می‌کند. نقطه شکست، نقطه‌ای است که در آن نیروی اعمالی باعث شکست در نمونه می‌شود.

رفتار الاستیک و پلاستیک مواد در نمودار تنش کرنش

نمودار تنش کرنش به دو بخش الاستیک و پلاستیک تقسیم می‌شود. مطابق با شکل بالا از نقطه ۰ تا نقطه B ماده رفتار الاستیک و از نقطه B تا نقطه E ماده رفتار پلاستیک از خود نشان می‌دهد.
در منطقه الاستیک پس از قطع نیروی اعمالی، ماده کاملا به حالت اولیه خود برمی‌گردد. در حقیقت، ماده در این ناحیه رفتار فنر مانند از خود نشان می‌دهد. اما در منطقه پلاستیک اندازه نیروی اعمالی به قدری است که پس از قطع نیرو، ماده به حالت اولیه برنمی‌گردد.
منطقه الاستیک ماده، خود به دو بخش تقسیم می‌شود. از نقطه ۰ تا نقطه A رفتار ماده کاملا الاستیک است. همان‌طور که مشاهده می‌کنید، تنش و کرنش در این ناحیه کاملا نسبت خطی و مستقیمی دارند. تنش و کرنش در حد فاصل ۰ تا A، از قانون هوک پیروی می‌کند.

رابطه‌ی هوک به صورت زیر است:

σ=E.ε

در این رابطه σ به تنش، E مدول یانگ و ε به کرنش اشاره دارد.

براساس قانون هوک، نسبت تنش به کرنش برابر با مدول یانگ است. پس از نقطه A تا نقطه B، نمودار منحنی شکل می‌شود. این بدان معنی است که پس از برداشتن بار، نمونه کاملا به حالت اولیه برنمی‌گردد و مقداری تنش درون ماده باقی می‌ماند.

تحلیل نمودار تنش کرنش

نتایج حاصل از نمودار تنش و کرنش فولاد و سایر مواد به شرح زیر است:

تنش تسلیم:

تنش تسلیم مقدار تنشی است که به قطعه وارد شده و پس از آن رفتار ماده از الاستیک به پلاستیک تغییر پیدا می‌کند.

مدول یانگ:

مدول یانگ، معیاری برای سنجش مقدار صلب بودن ماده جامد است. به عبارت دقیق‌تر، این پارامتر، خطی بودن رابطه تنش و کرنش در ناحیه الاستیک را نشان. می‌دهد. مدول یانگ پیش بینی کننده مقدار کشش یا تراکم ماده است. این پارامتر برای پیش بینی تغییر شکل تیر به هنگام اعمال نیرو کاربرد دارد.

استحکام کششی:

حداکثر مقدار تنشی که یک ماده می‌تواند تحمل کند، معرف استحکام کششی آن است. از این استحکام با نام UTS نیز یاد می‌شود.

تنش شکست:

پس از استحکام کششی، مهم‌ترین داده برای مهندسان، مقدار تنش شکست می‌باشد. همان‌‍طور که پیش از این مطرح کردیم، نمونه‌ی تحت کشش پس از نقطه UTS شروع به گلویی شدن می‌کند. منظور از گلویی شدن این است که هم‌چنان که طول افزایش پیدا می‌کند، مقدار نیروی لازم برای کشیدن کاهش پیدا می‌کند. تا جایی که در نقطه شکست، نمونه به دو قسمت تقسیم می‌شود. دانستن تنش شکست برای سازه‌های حساس مثل پل و قطعات هواپیمایی بسیار اهمیت دارد.

چقرمگی:

چقرمگی یا تافنس به مقدار توانایی ماده در برابر جذب انرژی ضربه، بدون آن که بشکند، گفته می‌شود.

سطح زیر نمودار تنش کرنش بیانگر چیست؟

سطح مقطع زیر نمودار تنش کرنش با مقدار تافنس برابر است و باید گفت که محاسبات پیچیده‌ای دارد. اما در برخی موارد می‌توان با تقسیم کردن این نمودار به دو بخش مثلثی (مربوط به ناحیه الاستیک) و ناحیه مستطیلی (مربوط به ناحیه پلاستیک)، مقدار آن را تخمین زد.
راه‌های دیگری نیز برای محاسبه سطح زیر منحنی تنش کرنش وجود دارد که شامل استفاده از برخی معادلات و نرم‌افزارها می‌شود.

نمودار تنش کرنش مواد نرم و ترد

مواد، گستره وسیعی از مواد ترد تا نرم را شامل می‌شود که هرکدام، رفتار متفاوتی به ویژه در ناحیه پلاستیک از خود نشان می‌دهند. درواقع تفاوت نمودار تنش کرنش مواد ترد و نرم در این است که هر چه از مواد ترد به سمت مواد نرم پیش می‌رویم، ناحیه پلاستیک بزرگتر شده و نمونه در تست کشش دیرتر می‌شکند.
در منحنی زیر، نمودار تنش کرنش مواد مختلف را مشاهده می‌کنید:

نمودار تنش کرنش مواد مختلف

نمودار تنش کرنش مواد مختلف

سخن آخر

همان‌طور که با اهمیت داده‌های حاصل از نمودار تنش و کرنش آشنا شدید، پیش از استفاده از هر مقطع فولادی نیاز است تا اطلات کافی را از خواص مکانیکی آن داشته باشید. برای آگاهی از قیمت مقاطع با کیفیت فولادی مثل قیمت پروفیل و انواع قوطی با مشاوران ما در آیرومارت (شرکت پیشرو صنعت نفت آسیا) تماس حاصل فرمایید.

 

منبع: fractory

۱۲ دی ۱۴۰۰ ادمین ۲
به اشتراک‌ گذاری
چند مطلب مرتبط:
نظرات کاربران

    1. بهرامی
      ۱۳ دی ۱۴۰۰

      نمودار تنش کرنش میلگرد چه شکلیه؟

      • آیرومارت
        ۱۴ دی ۱۴۰۰

        سلام وقت بخیر. نمودار تنش کرنش میلگرد در واقع نمودار تنش کرنش فولاد سازنده آن خواهد بود. مطابق با عکس موجود در این بلاگ نمودار شکلی مابین نمودار مواد کشسان و مواد سخت خواهد بود.

خبرنامه

اطلاع از جدیدترین قیمت و تخفیف‌های روز بصورت آنی و رایگان

مشاوره خرید
ارسال در واتس اپ