CO JE VÝTĚŽNOST A JAK JI ZÍSKAT? - FYZICKÝ - 2026

Mez kluzu je definována jako úsilí potřebné k objektu, který má začít trvale deformují, to znamená, podrobit plastickou deformaci bez porušení nebo štěpení.

Protože tento limit může být pro některé materiály poněkud nepřesný a přesnost použitého zařízení je váhovým faktorem, bylo ve strojírenství stanoveno, že mez kluzu v kovech, jako je konstrukční ocel, je taková, která způsobuje permanentní deformaci 0,2% v objekt.

Obrázek 1. Materiály použité ve stavebnictví se testují, aby se určilo, jak velké napětí jsou schopny odolat. Zdroj: Pixabay.

Znalost hodnoty meze kluzu je důležité vědět, zda je materiál vhodný pro použití, které chcete dát dílům vyrobeným s ním. Pokud byla část deformována za mez pružnosti, nemusí být schopna správně vykonávat zamýšlenou funkci a musí být vyměněna.

K dosažení této hodnoty se obvykle provádějí zkoušky na vzorcích vyrobených s materiálem (zkumavky nebo vzorky), které jsou vystaveny různým napětím nebo zatížením, přičemž se u každého z nich měří protažení nebo protažení. Tyto zkoušky se nazývají tahové zkoušky.

Chcete-li provést zkoušku tahem, začněte působením síly od nuly a postupně zvyšujte hodnotu, dokud se vzorek nezlomí.

Křivky napjatosti

Datové páry získané tahovou zkouškou se vynesou do grafu umístěním zatížení na svislou osu a namáháním na vodorovnou osu. Výsledkem je graf jako na následujícím obrázku (obrázek 2), nazývaný křivka napětí-deformace materiálu.

Z toho je určeno mnoho důležitých mechanických vlastností. Každý materiál má svou vlastní křivku napětí-deformace. Například, jeden z nejvíce studoval je to strukturální oceli, také volal jemnou nebo nízkouhlíkovou ocel. Jedná se o materiál široce používaný ve stavebnictví.

Křivka napětí-deformace má charakteristické oblasti, ve kterých má materiál určité chování podle aplikovaného zatížení. Jejich přesný tvar se může značně lišit, nicméně mají některé společné vlastnosti, které jsou popsány níže.

Následující obrázek viz obrázek 2, který velmi obecně odpovídá konstrukční oceli.

Obrázek 2. Křivka napětí-deformace pro ocel. Zdroj: upraveno od Hansa Topo1993

Elastická zóna

Oblast od O do A je elastická oblast, kde platí Hookeův zákon, ve kterém jsou napětí a napětí proporcionální. V této zóně je materiál po aplikaci napětí zcela regenerován. Bod A je známý jako mez proporcionality.

V některých materiálech není křivka, která přechází z O na A, přímka, ale přesto je stále elastická. Důležité je, že se po ukončení nabíjení vrátí do svého původního tvaru.

Elasticko-plastová zóna

Dále máme oblast od A do B, ve které deformace roste rychleji s úsilím, přičemž obě z nich nejsou proporcionální. Sklon křivky klesá a na B se stává vodorovnou.

Z bodu B již materiál neobnovuje svůj původní tvar a hodnota napětí v tomto bodě je považována za hodnotu meze kluzu.

Oblast od B do C se nazývá výnosová nebo dotvarovací zóna materiálu. Tam deformace pokračuje, i když se zatížení nezvyšuje. Mohlo by to dokonce klesnout, proto se říká, že materiál v tomto stavu je dokonale plastický.

Plastová zóna a zlomenina

V oblasti od C do D dochází k deformaci, ve které materiál vykazuje změny ve své struktuře na molekulární a atomové úrovni, což vyžaduje větší úsilí k dosažení deformací.

Z tohoto důvodu křivka zažívá růst, který končí při dosažení maximálního napětí σ _max.

Od D do E je stále možná deformace, ale s menším zatížením. Ve vzorku (vzorku) se vytvoří určitý druh ztenčení, který se nazývá zúžení, což nakonec vede k pozorování zlomeniny v bodě E. Avšak již v bodě D lze materiál považovat za zlomený.

Jak získat výnosové úsilí?

Mezní hodnota pružnosti L _e materiálu je maximální napětí, které vydrží bez ztráty elasticity. Vypočítává se kvocientu mezi velikosti maximální síla F _m a průřezová plocha vzorku A.

L _e = F _m / A

Jednotky mez pružnosti v mezinárodním systému jsou N / m ² nebo Pa (Pascalů), protože se jedná o stres. Elastická mez a mez proporcionality v bodě A jsou velmi blízké hodnoty.

Ale jak bylo řečeno na začátku, nemusí být snadné určit je. Mez kluzu získaná křivkou napětí-deformace je praktickým přiblížením se k meze pružnosti používané v inženýrství.

Výnosové napětí z křivky napětí-deformace

Pro jeho získání je nakreslena čára rovnoběžná s čarou, která odpovídá elastické zóně (ta, která dodržuje Hookeův zákon), ale posunuta přibližně o 0,2% ve vodorovném měřítku nebo 0,002 palce na palec deformace.

Tato čára se prodlužuje, dokud protíná křivku v bodě, jehož vertikální souřadnice je požadovaná hodnota meze kluzu, označená jako σ _y, jak je znázorněno na obrázku 3. Tato křivka patří k jinému tvárnému materiálu: hliníku.

Obrázek 3. Křivka napětí-deformace pro hliník, ze kterého se v praxi stanoví mez kluzu. Zdroj: vlastní výroba.

Dva tvárné materiály, jako je ocel a hliník, mají různé křivky napětí-deformace. Například hliník nemá zhruba předchozí vodorovný úsek z oceli v předchozím úseku.

Jiné materiály považované za křehké, jako je sklo, neprocházejí výše popsanými stádii. Roztržení nastává dlouho předtím, než nastanou značné deformace.

Nezapomeňte na důležité podrobnosti

- Síly uvažované v zásadě nezohledňují úpravu, která se bezpochyby vyskytuje v oblasti průřezu vzorku. To vyvolává malou chybu, která je korigována grafickým znázorněním skutečných napětí, těch, která berou v úvahu zmenšení oblasti se zvyšující se deformací vzorku.

- Zvažované teploty jsou normální. Některé materiály jsou tažné při nízkých teplotách a již nejsou tažné, zatímco jiné křehké se chovají jako tažné při vyšších teplotách.

Reference

1. Beer, F. 2010. Mechanika materiálů. McGraw Hill. 5. Edice. 47-57.
2. Engineers Edge. Výnosová síla. Obnoveno z: engineersedge.com.
3. Creep stress. Obnoveno z: instron.com.ar
4. Valera Negrete, J. 2005. Poznámky k obecné fyzice. UNAM. 101-103.
5. Wikipedia. Plížit se. Obnoveno z: Wikipedia.com