X
تبلیغات
خواص مکانیکی
آزمايش پيچش- ضربه- خمش- خستگی- کشش- خزش- سختی-

 آزمايش سختي

Hardness Test

تعريف سختي :

سختي عبارت است از مقاومت جسم در برابر تغيير شكل مومسان يا همان تغيير شكل پلاستيك مي باشد . البته سختي خاصيت بنيادي ماده نمي باشد .

آزمون سختي برينل :

آزمون برينل اولين آزمون سختي سنجي  از نوع فرورفتني بود كه كاربرد عمومي پيدا كرد . در اين آزمون در شكل اوليه اش ، از يك گلوله فولادي سخت شده به قطر 10 ميليمتر استفاده تحت نيروي ايستايي  3000 Kg استفاده مي شود .البته اين مشخصات براي چدن و فولاد مناسب است و براي فلزات و آلياژهاي نرمتر از نيروهاي كمتر استفاده مي شود .بعد از اين عمليات قطر فرورفتگي به كمك يك ميكروسكوپ مدرج اندازه گيري مي شود . معمولاً دو قطر متعامد فرو رفتگي را اندازه گرفته و ميانگين آنها را براي محاسبه عدد سختي به كار مي برند .

    مساحت سطح فرو رفتگي ( mm2 )   /  نيروي وارد شده ( K   g  )H B=  

آزمون برينل چند اشكال دارد . فرو رفتگي هاي ايجاد شده توسط يك فرو رونده كروي از نظر شكل هندسي مشابه هم نيستند .شكل زير نمايشگر دوفرو رفتگي : يكي كم عمق و ويگري عميق است . از آنجايي كه  حفره از نظر هندسي يكسان نيستند ، الگوي سيلان مومسان در مومسان در فرورفتگي عميق با الگوي فرو رفتگي كم عمق قدري تفاوت دارد يعني : مقاومت به تغيير شكل مومسا ن دو فرو رفتي با هم يكسان نيستند .بعبارت ديكر اگر دو آزمون برينل با دو نيروي متفاوت روي يك ماده انجام شود عدد سختي حاصل از بار ايستاي زيادتر با عدد سختي كمتر متفاوت خواهد بود .پس از ايجاد فرو رفتگي در آزمون برينل پارامتر اندازه گرفتني قطر حفره است. در يك فرو رفتگي كم عمق ، قطر فرو رفتگي در مقايسه با قطر فرو رونده بسيار كوچك است . زاويه بين سطح نمونه و مماس بر گلوله بسيار كوچك است  و مرز فرورفتگي بخوبي در زير ميكروسكوپ قابل تشخيص نيست . در نتيجه نمي توان قطر فرو رفتگي را بخوبي محاسبه كرد .

 مساحت فرو رفتگي با قطر  d كه از يك فرو رونده با قطر D ايجاد شده بصورت زير است : 

                                 =    π D / 2 ( D – (√ D2- d2 ))    مساحت 

واين معادله در فرمول قبل بجاي مساحت مي گذاريم و در نتيجه داريم :

( D – (√ D2- d2 ) H B= 2F / π D

آزمون برينل براي آزمودن مواد خيلي سخت مناسب نيست . با نزديك شدن ماده مورد آزمايش به سختي فرورونده كروي ، احتمال تغيير شكل فرورونده مطرح مي شود . آزمون برينل براي آزمايش موادي تا درجه سختي 400 HB مناسب است و براي فلزهايي با سختي بالاتر از 500 HB  توصيه نمي شود .

آزمون سختي ويكرز :

در آزمون ويكرز فرو رونده الماسي به شكل هرم است و مانند آزمون برينل به مدت 10 تا 15 ثانيه روي نمونه آزمايش فشار داده مي شود . همانند آزمون برينل ، عدد سختي ويكرز ، HD  ، از رابطه زير بدست مي ايد :

                     مساحت سطح فرو رفتگي ( mm2 )   /  نيروي وارد شده  ( K   g  ) HD =                           

فرورونده استاندارد هرم مربع القاعده با زاويه 136 درجه بين وجوه متقابل است .يك امتياز آزمون ويكرز در مقابل آزمون برينل اين است كه بدون توجه به اندازه فرورفتگي شكل هندسي حفره هاي مربع القاعده آزمون ويكرز يكسان است . در نتيجه الگوي سيلان مومسان براي حفره هاي كم عمق و عميق مشابه است و بنابراين سختي محاسبه شده مستقل از اندازه نيروي وارده بر فرورونده خواهد بود .

پس از ايجاد حفره ، اندازه آن به دقت به وسيله ميكروسكوب تعيين مي شود .

هر دو قطر مربع اندازه گيري شده و از ميانگين آنها  D براي محاسبه عدد سختي استفاده مي‌شود .

HD = (2Sin θ/2 ) / D2

به ازا ي زاويه Θكه برابر 136 درجه مي باشد  :

H     D = 1.8544F/ D2

در اينجا F نيروي وارد شده بر حسب كيلو گرم و Dميانگين اندازه دو قطر بر حسب ميليمتر است .

در دستگاههاي استاندارد ويكرز ، دو تيغه درون چشمي ميكروسكوپ تعبيه شده است .تيغه ها طوري تنظيم مي شوند كه درست بر لبه هاي فرورفتگي منطبق باشند . فاصله بين دو تيغه از روي اندازه خوان ديجيتالي متصل به چشمي خوانده مي شود .عدد خوانده شده عدد چشمي نام دارد و همراه هر دستگاه آزمايش جدولهايي براي تبديل عدد چشمي به عدد سختي ويكرز به ازا ي نيروهاي مختلف وجود دارد .براي دستيابي به بهترين جواب سختي ، نيروهاي فرورفته بايد طوري تنظيم شود كه قطر فرو رفتگي حدود 0.5 mm باشد .ضخامت قطعه آزمايش نبايد كمتر از  1.5 D باشد . نيرو ي مناسب براي بعضي مواد از اين قرارند :

انواع فولاد و چدن               30 kg

آلياژهاي مس                       10kg

مس خالص و آلياژهاي آلومينيوم 5kg

آلومينيوم خالص                  2.5 kg

مس قلع و آلياژهاي قلع             1 kg

آزمون سختي راكول :

دستگاه آزمايش راكول , دستگاه آزمايش سريع با خواندن مستقيم است . اين روش براي انجام آزمونهاي مقايسه اي  سريع بسيار مناسب است . در اين آزمون يا در واقع مجموع آزمونها ، عمق فرو رفتگي اندازه گيري شده و مستقيماً به وسيله يك عقربه خوانده مي شود .هنگامي كه يك فرورونده تحت تاثير اثر نيرو به درون ماده فشرده مي شود ، هر دو نوع كرنش كشسان و مومسان در آن ماده بوجود مي ايد ..ولي از آنجايي كه سختي فرورفتني مقاومت در مقابل تغيير شكل مومسان است ، بايد نيروي فرورونده قبل از خواندن حذف شود .

روش سختي سنجي از طريق راكول :

1 – نمونه آزمايش را در تماس  با فرورونده قرار دهيد و آنقدر آن را بسمت فرورونده حركت دهيد تا عقربه كوچك صفحه نمايش به محل از پيش تعيين شده روي صفحه برسد . با اين عمل فرو رونده روي يك فنر فشرده مي شود تا نيروي وارد شده به فنر بر روي ماده از طريق فرو رونده به  10 kgبرسد. 

2 – صفحه نمايش را روي مرجع درست ( صفر براي فرورونده الماسي و 30 براي فرورونده كروي ) قرار دهيد  .

3 – نيروي كلي 50 ,90 , 140  كيلو گرم را اعمال كنيد تا نيروي اصلي 60,100,150 بر آن وارد شود .

4 – نيرو كلي را 4 تا 7 ثانيه نگهداريد .

5 – ضمن نگه داشتن نيروي جزيي بر روي نمونه ، نيروي كلي را برداريد تا بازيافت كشسان حاصل شود .

6 – عدد سختي را بخوانيد .

+ نوشته شده در  ساعت 11:11  توسط jacob | 

 آزمايش خزش

Creep Test

 مقدمه آزمايش :

تغيير شكل فزاينده و آرام ماده كه تحت اثر بار ثابت است را خزش گويند . همچنين خزش عبارت است از جاري شدن فلزات و درنتيجه گسيختگي آنها تحت يك تنش و در اثر گذشت زمان مي باشد . درجه حرارت در خزش بسيار مؤثر است از اين جهت آزمايشات خزش در درجه حرارت بالا انجام مي گيرد . هر چه درجه حرارت ذوب فلز بالاتر باشد مقاومت آنها در مقابل خزش بيشتر است .

هدف از آزمايش خزش :

هدف از اين آزمايش تعيين حد خزش است يعني بالاترين تنشي كه براي مدت زمان طولاني در يك درجه حرارت معيني مي تواند اعمال شود در صورتيكه سرعت خزش از يك مقدار مشخص نكند .

تئوريها و اثبات قوانين حاكم بر آزمايش خزش :

خزش تغيير شكل وابسته به زمان و درجه حرارت است و هنگامي روي مي دهد كه ماده تحت تاثير بارگذاري براي مدت طولاني قرار گيرد .خزش عبارت است از تغيير شكل پلاستيك مداوم اجسام تحت اثر دما و بار ثابت كمتر از تنش تسليم كه در دماهاي بالا اهميت بيشتري پيدا مي‌كند.

بررسي و تحليل دياگرام خزش ( كرنش - زمان ) :

منحني خزش روي دو محور مختصات تغيير طول نسبي وزمان رسم مي گردد . چون تنش هاي وارده در دماهاي مختلف بر روي نمونه وارد مي شود به آلياژهاي با رفتار خزش در دماي پايين ، آلياژهاي با رفتار خزش سرد و آلياژهاي با رفتار خزشي در دماهاي بالا ،  آلياژهاي با دماي خزشي گرم اطلاق مي گردد .

بررسي ها نشان مي دهد كه مكانيزم خزشي در تمام فلزات وآلياژها بر اساس يكي از مكانيزم هاي گفته شده در زير تعريف مي شود :

1 – حركت نابجاييها

2 – نفوذ جاهاي خالي در داخل دانه

3 - نفوذ جاهاي خالي در امتداد دانه

اتفاق مي افتد كه بطور كلي هرگاه فلز با آلياژ هاي تحت تنش و دما قرار مي گيرد خزش در آن ايجاد مي گردد . در اين حالت اگر منحني كرنش بر حسب زمان را رسم كنيم سه منطقه مجزا مانند شكل زير قابل بررسي مي باشد .

منطقه І :

در اين منطقه كه منطقه اوليه خزش نام دارد بتدريج با گذشت زمان عوامل ايجاد كننده تغيير فرم پلاستيك فعال شده و عمل مينمايند . در اين منطقه ادامه تغيير فرم پلاستيك با گذشت زمان فعال تر مي شود به نحوي كه با برخورد با موانع موجود باعث كار سختي در جسم مي‌شود و بدين ترتيب آهنگ كرنش ماده كاهش مي يابد .بررسي ها نشان داده است كه عامل كنترل كننده در اكثر فلزها و آلياژها در اين منطقه تنشها مي باشد و دما تاثير كمتري بر آن دارد.در ضمن بررسي ها نشان داده است كه مكانيزم غالب در تغيير فرم حركت نابجاييها ، جاگها  و كينگها مي باشد . بطور كلي در منطقه يك رابطه بين كرنش وزمان به دو صورت قابل بررسي مي باشد :

1- خزش لگاريتمي يا خزش α مربوط به فلزات با خزش سرد                                                                         

ε = α ln

2- خزش β  كه در فلزات با خزش گرم اتفاق مي افتد .

ε = ε0 +β tm

0.03 ≤ m ≤ 1

منطقه ІІ :

منطقه دو يا منطقه خزش ثانويه كه به منطقه كاپا نيز معروف است با تقابل بين كار سختي و نرم شدن ماده همراه مي باشد . به عبارت براي ادامه تغيير فرم پلاستيكي وارده كه كرنش در ماده عواملي را كه باعث كار سختي شده در منطقه يك شده بود عواملي همچون حذف نابجاييها ، تبلور مجدد ، رشد دانه و ……. حذف شده و بدين ترتيب عوامل نرم كننده بر كار سختي غلبه كرده و تغيير فرم پلاستيك ادامه پيدا مي كند . درفلزاتي با رفتار خزشي سرد اين منطقه بر اثر تنش هاي اعمالي و در فلزاتي با رفتار خزشي گرم اين منطقه توسط دما كنترل مي شود .

در اين منطقه خزش بصورت يكنواخت انجام مي شود . لذا رابطه زير بين كرنش و زمان براي فلزاتي با رفتار خزشي گرم و سرد تقريباً يكسان بوده و از رابطه زير بدست مي آيد :

ε = Kt

منطقه ІІІ :

منطقه سه كه اين منطقه با تشكيل جاهاي خالي يا گلويي شدن موضعي شروع مي شود به منطقه خزشي نهايي يا شكست خزشي معروف است . در اين منطقه تغييرات آهنگ كرنش به علت كاهش سطح موثر ماده به سرعت افزايش يافته است و بسمت بينهايت ميل مي كند كه در نهايت منجر به شكست ماده مي شود . از آنهايي كه شكست خزشي با گلويي شدن همراه است در طبقه بندي شكست ، شكست خزشي از نوع نرم است .

درجه حرارت هايي كه خزش در آن فعال مي شود به دماي خزش معروف است و معمولاً در اكثر فلزات و آلياژها بين 0.2  تا0.5 برابر نقطه ذوب ماده است .

 شرح دستگاه و روش انجام كار :

نمونه وارد دستگاه آزمايش مي شود و بصورت قائم قرار گرفته و در بين دو فك دستگاه مي‌گيرد .لازم است تا نمونه تا نمونه به يك كرنش سنج كه در كنار آن مي باشد وصل شود تا كرنش هاي بوجود آمده در سيكل هاي دمايي دقيق اندازه گيري شود .

روش اعمال نيرو مي تواند با سيستم آويختن وزنه ويا سيستمهاي مكانيكي ، هيدروليكي انجام شود . اگر بخواهيم خزش در دماهاي بالا را بررسي كنيم بايد نمونه را  درون كوره مناسب و متصل به ترموكوپل قرار داده و يا از سيستمهاي متفاوتي استفاده كنيم .

روش انجام كار بدين ترتيب است كه پس از قرار دادن نمونه در بين دو فك دستگاه با آويختن وزنه مقدار نيروي مناسب را به بصورت كشش به نمونه وارد مي كنيم در اين آزمايش از سرب كه در دماي محيط دچار خزش مي شود استفاده مي كنيم . در هنگام اعمال نيرو با استفاده از زمان سنج يك سيكل زماني مناسب انتخاب كرده در هر5 ثانيه و هر بار با طي كردن يك سيكل عملياتي مقدار كرنش را از كرنش سنج خوانده و يادداشت مي كنيم . پس از طي زمان معين و رسيدن به نقطه شكست آزمايش پايان يافته و نمودار خزش موجب زمان آن رسم مي گردد .

ارائه نتايج بدست آمده :

آلياژي از سرب را انتخاب كرده و طبق استاندارد بين المللي تراشكاري ، سيقل داده و انگاه بعد از قرار دادن در دستگاه خزش با اعمال نيروي كششي كه به طور ثابت تا پايان آزمايش باقي مي‌ماند . در هر ثانيه ازدياد طول نسبي را اندازه گرفته تا جايي كه قطعه سربي طي فرايند خزش شكسته شود .

جدول زير نتايج بدست آمده از آزمايش است :

جدول صفحه بعد ازديادطول برحسب زمان را نشان مي دهد كه در آن زمان بر حسب ثانيه است و ازدياد طول بر حسب  cm مي باشد . خزش در اين آزمايش در دماي 180 درجه سانتي گراد صورت مي گيرد  و  نيرو  برابر    9.8N مي باشد .

زمان

ازدياد

طول

زمان

ازدياد

طول

زمان

ازدياد

طول

زمان

ازدياد

طول 

0.78

355

0.375

240

0.22

125

0.03

5

0.81

360

0.39

245

0.23

130

0.05

10

0.85

365

0.4

250

0.23

135

0.06

15

0.88

370

0.41

255

0.24

140

0.08

20

0.92

375

0.42

260

0.24

145

0.09

25

0.92

380

0.44

265

0.25

150

0.10

30

0.96

385

0.445

270

0.255

155

0.10

35

0.99

390

0.46

275

026.

160

0.11

40

1.02

395

0.475

280

0.265

165

0.12

45

1.06

400

0.49

285

0.275

170

0.13

50

1.11

405

0.50

290

0.28

175

0.13

55

1.16

410

0.515

295

0.285

180

0.14

60

1.21

415

0.53

300

0.29

185

0.15

65

1.26

420

0.55

305

0.3

190

0.15

70

1.30

425

0.565

310

0.31

195

0.16

75

1.42

430

0.585

315

0.31

200

0.17

80

1.55

435

0.61

320

0.32

205

0.18

85

1.64

440

0.64

325

0.32

210

0.19

90

1.80

445

0.66

330

0.335

215

0.19

95

2.15

450

0.68

335

0.34

220

0.20

100

شكست

455

0.71

340

0.35

225

0.20

105

 

 

0.74

345

0.355

230

0.20

110

 

 

0.76

350

0.365

235

0.22

120

  حال نمودار ازدياد طول برحسب زمان را رسم مي كنيم :

بحث و بررسي روي نتايج بدست امده :

 آزمايش در ازمايشگاه بر روي نمونه سربي انجام گرفت و چون خزش وابسته به زمان است در نتيجه در طي يك نيروي ثابت و در درجه حرارت ثابت ( چون تنها فلزات روي وسرب هستند كه در درجه حرارتهاي محيط خزش در آنها اتفاق مي افتد و در مابقي فلزات در درجه حرارتهاي بالا طي واكنش خزش شكسته مي شوند ) آزمايش انجام شد . نمونه سربي در دماي 180 درجه سانتي گراد و در زمان 450 ثانيه شكسته شد . البته هر چه استحكام و درجه حرارت ذوب فلز بالا تر باشد ميزان خزش در يك دماي ثابت بالا مي رود .

+ نوشته شده در  ساعت 11:9  توسط jacob | 

آزمايش كشش

Tensile  Test

مقدمه آزمايش :

آزمايش كشش متداولترين آزمايش براي تعيين خواص مكانيكي فلزات و آلياژها است .

آزمايشات كششي از نوع استاتيك مي باشند ، يعني اينكه آزمايشاتي هستند كه در آنها بار نسبتاً آهسته از صفر تا يك مقدار نهايي و معين افزايش پيدا مي كند .

در بسياري از موارد لازم نيست كه قطعه فلزي بشكند ، تا از كار افتاده تلقي شود چرا كه تغيير شكل مومسان هم نوعي از كار افتادگي محسوب مي شود . در نتيجه تنشي كه در آن تسليم مومسان آغاز مي شود هم  بسيار مهم است . بعضي از فلزات و مشخصاً فولادها نقطه تسليم كاملاً مشخص دارند . 

هدف از آزمايش :

پس از اتمام آزمايشات وگسيخته شدن نمونه نتايج زير را مي توان بدست آورد . البته هدف از آزمايش  بدست آوردن مقدار نيرويي است كه به ازاء آن نمونه تغيير طول يافته و سرانجام موجب شكست نمونه شود .

در اينجا هم مقدار نيرو وهم مقدار كرنش لازم است تا براساس آن منحني نيرو ( تنش ) بر حسب كرنش را بتوان رسم كرد . بعد از رسم منحني نتايجي مانند نتايج زير مي توان بدست آورد .

 الف ) منحني تنش و تغييرات طول نسبي   ب ) تنش تسليم    ج ) مدول الاستيسيته وغيره

تئوريها و اثبات قوانين حاكم بر آزمايش :

الف ) مفهوم تنش :

طبق تعريف تنش مقاومت داخلي واحد سطح جسم با نيروي خارجي است . دو نوع نيروي خارجي ممكن است بر جسم اثر كند :

1 – نيروهاي مياني يا پراكنده شده در داخل جسم .

2- نيروهاي تماسي يا پراكنده شده در سطح جسم .

در نتيجه كاملترين تعريف از تنش به صورت زير است :

                                  مساحت مقطعي كه نيرو بر ان اثر مي كند/  نيرو = تنش

ب ) مفهوم كرنش :

اعمال نيرو بر يك جسم موجب تغيير شكل آن مي شود . تغيير شكل بوجود آمده در واحد طول را كرنش گويند . اعمال نيروي خارجي بر يك ميله تحت كشش باعث افزايش طول و كاهش قطر آن مي شود . اگر پيش از شروع آزمايشات طول اوليه روي ميله مشخص شود وپس از اعمال نيروي خارجي نيز اين طول اندازه گيري شود مشاهده مي شود كه طول افزايش يافته است كه به آن كرنش گويند . كه كرنش از نقطه نظر اندازه گيري عبارت است از :

e  = L1- L0 / L0

بررسي كامل نمودار تنش كرنش :

بعد از انجام آزمايش و بدست آوردن نتايج يعني مقادير نيرو وازدياد طول منحني اي بدست مي آيد براساس نيرو (تنش ) بر حسب ازدياد طول ( كرنش )  كه شكل منحني بصورت زير است .

قسمت خطي ابتدايي منحني  ( OA ) منطقه الستيك است كه از قانون هوك يعني σ = Eε پيروي مي كند . نقطه A حد الاستيك بوده و عبارت است از بيشترين تنشي كه فلز مي تواند تحمل كند بدون اينكه پس از برطرف شدن نيرو هيچ تغيير طول پلاستيك در آن ايجاد نشده باشد . تعيين حد الاستيك بسيار مشكل است و اصولاً كار دقيقي نمي باشد كه با اين حال اغلب بجاي حد الاستيك از حد تناسب استفاده مي كنندكه تنشي است كه در آن منحني تنش و كرنش از حالت خطي خارج شده باشد و شيب منحني در اين منطقه همان مدول الاستيسيته است . با پايان يافتن محدوده الاستيك ، محدوده تغيير فرم پلاستيك آغاز مي شود كه با افزايش تغيير طول پلاستيك استحكام نيز بالا رفته نيروي لازم براي ازدياد طول نمونه كرنش بعدي نيز افزايش يافته و در نهايت نيرو به مقدار ماكزيمم خود مي رسد كه نسبت نيروي ماكزيمم به سطح مقطع اوليه نمونه را استحكام كششي گويند .

در منحني تنش – كرنش برخي از نقاط ومحدوهها و اصتلاحات وجود دارند كه در زير به بررسي وتعريف آنان مي پردازيم :

1 – استحكام كششي :

عبارت است از حداكثر كششي كه جسم مي تواند تحمل كند قبل از اينكه گسيخته شود . اين ناحيه به منطقه گلويي شدن معروف است و به آن  UTS نيز مي گويند .

2 – استحكام تسليم :

تنشي كه در آن ماده شروع به تغيير شكل پلاستيك مي كند و در مواردي مرز  بين ناحيه پلاستيك و الاستيك  كاملاً مشخص نيست . البته مي توان گفت كه استحكام تسليم تنش لازم براي ايجاد تغيير شكل پلاستيك كوچك است .

3 – مدول الاستيسيته :

شيب قسمت خطي منحني تنش و كرنش و از خواص ذاتي ماده است .

4 – حد تناسب :

مقدار تنشي است كه به ازي آن منحني تنش و كرنش ديگر خط مستقيم نيست يعني نقطه اي است كه بعد از آن قانون هوك برقرارنيست .

5 – حد نهايي يا استحكام نهايي :

دراين حد فلز روبه شكست مي گذارد . در قطعات ترد استحكام شكست نهايي و استحكام كششي بر هم منطبق هستند .

6 – حد كشساني يا حد الاستيك : حداقل تنشي است كه در آن اولين بار تغيير شكل دايمي رخ مي دهد . پيدا كردن حد تناسب معمولاً دشوار است و ذكر نمي شود و معمولاً حد تناسب و حد الاستيك را يكسان مي گيرند.

تنش كرنش، مهندسي و حقيقي :

كرنش مهندسي عبارت است از تغييرات طول به طول اوليه كه عبارت است از :

e = L f – L 0 / L 0                                            

در نمودارهاي مهندسي با ابعاد اوليه سروكار داريم ودر فرمول تنش

 ( σ  = F/A  ) چون نيرو ثابت است و سطح مقطع دائم در حال كم شدن است بنابراين با منطقه گلويي شدن روبرو هستيم .                           

 كرنشهاي حقيقي عبارت است از تغييرات طول به تغييرات زمان مورد بحث است . چون با ابعاد اوليه روبرو نيستيم و بصورت لحظه اي آزمايش مي كنيم .

ε = ln L f  / L0

 پارامترهاي موثربر روي دياگرام تنش كرنش :

1 – دما :

با افزايش دما سطح منحني تنش – كرنش و همچنين پير سختي كاهش مي يابد و بطور كلي در دماهاي بالا منحني صاف شده و شكست با افزايش شكل پذيري همراه است .

2 – سرعت تغيير فرم :

منحني هاي تنش و كرنش در دماي پايين به نرخ تغيير فرم زياد وابسته نيستند اما منحني هاي تنش وكرنش در دماي بالا شديداً به نرخ كرنش وابسته اند .

3 – خواص مواد :

چون مدول الاستيسيته به خاصيت ماده وابسته است در نتيجه هر چه مدول الاستيسيته بيشتر شود سطح زير منحني تنش – كرنش بيشتر مي شود .

4 – عناصر الياژي :

هر عناصر آلياژي كه استحكام ماده را افزايش مي دهند ، افزايش يابند مقدار طول منطقه الاستيك بيشتر و طول منطقه پلاستيك را كاهش مي دهند . درنتيجه سطح زير منحني تنش – كرنش افزايش مي يابد .

شرح دستور كار و روش انجام كار :

آزمايش كشش تك محوري است كه در اين آزمايش نمونه اي به شكل دمبل تراشيده شده است و بين فكهاي دستگاهي كه با موتور الكتريكي يا هيدروليك كار مي كند قرار داده مي شود و در يك جهت خاص كشيده مي شود تا گسيخته شود .آزمون كشش آزموني است كه يك نيروي تك محوري در راستاي قائم به نمونه وارد مي شود .

اجزا اندازه گيري كننده در دستگاه كشش شامل دو قسمت است كه يكي از اين قسمتها مقدار نيرو را اندازه گيري مي كند كه يك ماده پيزوالكتريك است كه ماده ايست سراميكي كه اصطلاحاً  به آن  Load Cell گويند كه بر اساس ظرافت دستگاه كشش انتخاب مي شود . البته دستگاه كشش آزمايشگاهي مي تواند ظرفيتي از  10KN تا 1000 KN داشته باشد . قسمت ديگر افزايش ويا كاهش طول نمونه را نشان مي دهد .

ارائه نتايج بدست آمده از آزمايش كشش :

در اثر اعمال نيرو بر قطعه از جنس آلومينيوم با قطر 8 mm و طول 15mm نتايج زير بدست آمده است :

نيرو ( ton  )

افزايش طول ( mm )

0.25

0.36

0.64

0.71

0.87

1.52

0.96

2.94

1.04

4.35

1.11

5.81

1.16

7.3

1.18

8.75

1.20

10.3

 حال نمودار نيرو بر حسب ازدياد طول را رسم مي كنيم :

حال نمودار تنش و كرنش مهندسي را رسم مي كنيم :

+ نوشته شده در  ساعت 11:6  توسط jacob | 

آزمايش خستگي

Fatigue Test

مقدمه :

از سال 1850 معلوم شد كه فلز تحت تنش تكراري يا نوساني ، در تنشي بمراتب كمتر از تنش لازم براي شكست در اثر يك مرتبه اعمال بار خواهد شكست . شكست هايي كه در شرايط بارگذاري ديناميك رخ مي دهند شكستهاي خستگي ناميده مي شوند ، كه اين نامگذاري احتمالاً مبتني بر اين دليل است كه بطور كلي شكستها فقط پس از يك دوره كار زياد رخ مي دهد . هيچگونه تغيير واضحي در ساختار فلزي كه به بعلت خستگي وجود ندارد كه بتوان بعنوان مدركي براي شناخت دلايل شكست خستگي از آن استفاده كرد . با پيشرفت صنعت و افزايش وسايلي از قبيل خودرو ، هواپيما ، كمپرسور ، پمپ وتوربين و غيره كه تحت بارگذاري تكراري و ارتعاشي هستند ، خستگي بيشتر متداول شده و اكنون چنين برداشت مي شود كه عامل حداقل نود درصد شكستهاي ناشي از دلايل مكانيكي حين كار خستگي است .

سه عامل عمده براي وقوع شكست خستگي ضروري است كه عبارت اند از :

 -1تنش كشش حداكثري به مقدار بسيار زياد  

2-تغييرات به حد كافي زياد يا نوساني در تنش وارده

3- زياد بودن چرخه هاي تنش وارده 

هدف ( اهميت ) از آزمايش خستگي  :

نتايج حاصل از آزمايش خستگي معمولاً به صورت منحني هاي  s – log N نمايش داده مي‌شوند و مهم است كه گزارش نتايج روش اعمال نيرو ، نوع ماشيني كه به كارگرفته مي شود ، اندازهاي نمونه آزمايش و بسامد چرخه ، گزارش شود .

داده هاي آزمايشي مي تواند به شكل جدول نيز نشان داده شود . عمر خستگي براي نشان دادن تعداد چرخه هاي لازم تا رسيدن به نقطه شكست بكار مي رود كه تعداد آن براي هر فلز فرق مي كند.

عبارت استحكام خستگي و حد تحمل براي حداكثر سطح تنش قابل اعمال به كار مي رود كه ضمن تحمل آن عمر مشخصي را طي مي كند .

انجام آزمون خستگي در آزمايشگاه معمولاً بر اساس شرايط بارگذاري يكنواخت استاندارد است و بنابراين برقراري ارتباط ميان نتايج بدست آمده و شرايط كار دشوار است .

بدنبال شكست نخستين كابين هواپيماي كامت در اثر فشار در سالهاي 1950 در يك آزمايشگاه ويژه در موئسسه سلطنتي هواپيمايي واقع در شهر فارن بورو اسكلت كامل يك هواپيماي كامت تا انهدام كامل مورد آزمايش قرار گرفته شد . در آزمايشي نيز تغييرات فشار كابين هواپيما و بازي بالها كه ضمن هر پرواز اتفاق مي افتد شبيه سازي شد . از همان تاريخ براي هر مدل هواپيماي غير نظامي ساخته شده يك آزمايش مشابه تا حد انهدام انجام مي پذيرد . انجام اين آزمايش براي دريافت صلاحيت پرواز است . 

شرح دستگاه و روش انجام كار :

دستگاه از دو تانك يكي ثابت و ديگري متحرك است و در يك بلبرينگ مي چرخد تشكيل شده است .نمونه را در دستگاه گذاشته و سپس نيرو را اعمال مي كنيم  وقتي موتور را روشن مي‌كنيم نمونه شروع به چرخش مي كند و دستگاهي به صورت ديجيتالي به تعداد موتور (N ) را ثبت مي كند . در هنگام شكست قطعه فك متحرك به سمت بالا حركت كرده و جريان قطع مي شود و تعداد دور ها را از روي صفحه ديجيتالي مي خوانيم . البته نيروي اعمالي در حدود 15Kgمي باشد .حال نمونه اي از جنس آلومينيوم را در دستگاه قرارداده و نيروي خستگي را اعمال مي كنيم و قطعه بعد از 414 دور مي شكند .

قطعه برنجي  را داخل دستگاه قرار مي دهيم و بعد از  511235 دور قطعه نمي شكند . 

عوامل موثر بر خستگي :

الف )نوع تنش :

 يكي از عوامل مؤثر در شكستهاي حاصل از خستگي نوع تنش وارده بر ان است .

ب ) انواع چرخه هاي بارگذاري :

يك قطعه ممكن است در ضمن كار تحت تاثير انواع چرخه هاي بار گذاري قرار گيرد كه مي‌توان آنها را به چرخه هاي تناوبي و نوساني تقسيم كرد . در چرخه هاي تناوبي مقدار تنش متوسط صفر است . در چرخه هاي نوساني تنش متوسط غير صفر مي باشد .

ج )آهنگ چرخه گذاري :

در بسياري از مواقع آهنگ بارگذاري تاثيري بر عمر خستگي ندارد  . ولي در بسامدهاي بالا استحكام خستگي به مقدار كمي افزايش مي يابد .

د )شرايط سطح و عيبهاي سطحي :

شرايط سطح يك قطعه تاثير زيادي بر عمر خستگي آن دارد . زبري سطح و يا وجود خراشهايي در سطح مي تواند كانونهايي براي تمركز تنش باشد . البته فلزات ترد حساسيت نسبت به اين گونه عيوب دارند .

و ) ملاحظات طراحي :

خستگي ، به تنش حساسيت دارد درنتيجه در طراحي قطعه هر عامل افزايش دهنده تنش بر عمر خستگي آن قطعه موثر است .

 ي ) آثار محيط :

اگر شرايط لازم براي خوردگي وجود داشته باشد نه تنها خوردگي افزايش مي يابد بلكه خستگي هم افزايش مي يابد . 

بررسي شكستهاي ناشي از خستگي :

الف ) اثر سطح خستگي :

عملاً تمامي شكستهاي خستگي از سطح شروع مي شود  . در بسياري از انواع متداول بارگذاري مانند پيچشي ، خمشي حداكثر تنش در سطح اتفاق مي افتد بطوريكه شروع شكست از آن نقطه است .

ب ) زبري سطح :

از نخستين روزهاي تحقيقات مربوط به خستگي معلوم شد كه پرداخت هاي سطحي متفاوت كه در روشهاي مختلف تراشكاري حاصل مي شود مي تواند تاثير زيادي در بروز خستگي داشته باشد .يعني پرداختهاي نرم داراي عمر خستگي بالاتري هستند .

ج ) تغيير خواص سطح :

چون شكست بستگي شديد به شرايط سطحي دارد هر عاملي كه استحكام و شرايط سطح را تغيير دهد بر عمر خستگي موثر است . از جمله دي‌كربوره شدن سطح در اثر عمليات حرارتي

+ نوشته شده در  ساعت 11:2  توسط jacob | 

 آزمايش خمش

Bending Test

مقدمه آزمايش :

فراورده هاي بسيار زيادي را با استفاده از فرايندهايي نظير خم كاري و تا كردن و فشردن و كشش عميق فلزي توليد مي كنند .كه البته اين فرايندها درمحدوده پلاستيك انجام مي شود . ولي هدف از اين آزمايش بدست آوردن ميزان خمش در مرحله الا ستيك مي باشد . در اين آزمايش ميله اي بين  دو فك دستگاه قرار مي گيرد و از مركز ثقل‌آن بوسيله يك شاقولي وزنه هاي مختلف به آن آويزان مي شوند . بر اثر اعمال نيرو قطعه دچار خمش مي شود كه بوسيله يك عقربه اي ميزان انحراف اندازه گيري مي شود . كه به آن خيز يا  Δمي گوييم .هدف از آزمايش پيدا كردن مدول الاستيسته از فرمول زير است :

Δ = F* L3/48EI

 I =πD4/64                                      براي مقاطع گرد

                           I= bh3/12     براي مقاطع مستطيل

شرح دستگاه و روش انجام كار :

دستگاه آزمايش خمش از دو فك ثابت تشكيل شده است كه وزنه را به وسط آن متصل مي‌كنند و مقدار خيز را بر اثر اعمال نيرو هاي متفاوت اندازه گيري مي كنند .روش انجام كار بدين ترتيب است كه ميله هايي از جنس هاي مختلف را در بين دو فك قرار داده و وزنه ها را به آن آويزان مي كنند و مقدار افت خيز را محاسبه مي كنند .

ارائه نتايج بدست آمده از آزمايش :

حال آزمايش را براي تسمه از جنس آلومينيوم انجام مي دهيم :

E

F(gr )

Δ (mm)

I

h (Cm)

b (Cm)

L (Cm )

0.23*10-7

100

0. 63

0.00975

0.3

3

50

0.27*10-7

200

1.49

0.00975

0.3

3

50

0.28*10-7

400

3.03

0.00975

0.3

3

50

0.29*10-7

600

4.75

0.00975

0.3

3

50

0.29*10-7

800

6.31

0.00975

0.3

3

50

حال آزمايش را براي تسمه از جنس آلومينيوم و با عرض متفاوت انجام مي دهيم :

E

F(gr )

Δ (mm)

I

h (Cm)

b (Cm)

L (Cm )

0.06*10-7

100

0.51

0.003375

0.3

1.5

50

0.07*10-7

200

1.21

0.003375

0.3

1.5

50

0.11*10-7

400

3.67

0.003375

0.3

1.5

50

0.11*10-7

600

5.10

0.003375

0.3

1.5

50

0.10*10-7

800

6.42

0.003375

0.3

1.5

50

حال آزمايش را براي ميلگرد آلومينيومي انجام مي دهيم :

E

F(gr )

Δ (mm)

I

D (Cm)

L (Cm )

0.11*10-7

100

0.48

0.00636

0.6

50

0.12*10-7

200

1.03

0.00636

0.6

50

0.13*10-7

400

2.16

0.00636

0.6

50

0.12*10-7

600

3.19

0.00636

0.6

50

0.13*10-7

800

4.26

0.00636

0.6

50

و حالا آزمايش را براي ميلگرد از جنس فولاد انجام مي دهيم :

E

F(gr )

Δ (mm)

I

D (Cm)

L (Cm )

0.02*10-7

100

0.11

0.00636

0.6

50

0.03*10-7

200

0.32

0.00636

0.6

50

0.04*10-7

400

0.74

0.00636

0.6

50

0.04*10-7

600

1.15

0.00636

0.6

50

0.04*10-7

800

1.63

0.00636

0.6

50

نتيجه حاصل از آزمايش :

نتيجه اينكه هر چه خيز دستگاه بيشتر باشد E يا مدول الاستيسيته كمتر مي شود و اجسام نرمتر مي شود ، در شرايط مساوي مس از آلومينيوم سختر است .

هر چه در تسمه هاي كه از يك جنس هستند ضخامت بيشتر باشد  Eكمتر شده و خيز كمتر مي‌شود .

هر چه b يا عرض قطعه بيشتر باشد مدول الاستيسيته و يا E كمتر مي شود و خيز بيشتر مي‌شود .

+ نوشته شده در  ساعت 11:1  توسط jacob | 
 آزمايش ضربه

Impact  Test

 مقدمه :

هنگامي كه تنش خارجي بر يك جسم وارد مي شود ، آن جسم تغيير شكل مي دهد و يا بعبارت ديگر در آن كرنش به وجود مي آيد . اگر مقدار تنش بتدريج افزايش يابد ، در نهايت قطعه مي‌شكند . همه موارد به يك صورت نمي شكند و نوع شكست حاصله ممكن است نرم ويا ترد باشد.نوع شكست تا اندازه زيادي تابع طبيعت ماده و شرايط آن است ، ولي شكست تحت تاثير عوامل ديگري نيز قرار دارد كه از جمله نوع تنش ، آهنگ افزايش تنش ، دما و محيط است .

هدف از آزمايش ضربه :

براي تعيين تمايل ماده به داشتن رفتار ترد ، انواع مختلف آزمايش ضربه به كار برده مي شود . اين نوع آزمايش تفاوتهايي را بين مواد مشخص مي كند كه در آزمايش كشش قابل مشاهده نيستند .

كميت اصلي كه از آزمايش ضربه اندازه گيري مي شود ، انرژي جذب شده در شكست نمونه است . بعد از شكست ميله آزمايش ، اونگ به ارتفاعي بر مي گردد كه بين ارتفاع با ازدياد انرژي جذب شده در شكست كم مي شود . انرژي جذب شده در شكست كه معمولاً بر حسب گرم – متر (فوت – پوند ) توضيح داده مي شود ، مستقيماً توسط يك سنجه مدرج شده روي دستگاه آزمايش ضربه خوانده مي شود .

معيار ديگري كه از اين آزمايش به دست مي آيد ، تعيين نوع شكست از روي نوع سطح شكست است .

در نهايت هدف از انجام آزمايش ضربه بدست آوردن تافنس شكست يا چقرمگي جسم مي‌باشد‌. ضمناً اين آزمايش براي بررسي و كنترل در صحيح بودن عمليات حرارتي و همچنين براي تعيين حساسيت فولادها در مقابل تردي پير سختي و تردي حاصل از تمپر استفاده مي‌شود‌. 

ضمناً با انجام اين آزمايش در دماهاي مختلف مي توان دماي تبديل از ترد به نرم را كه بسيار مهم است تعيين كرد .

شكست ترد :

بهترين روش تشريح شكست ترد ، استفاده از تئوري گريفيث است . بر اساس اين تئوري معمولاً تركهاي بسياركوچكي درون ماده وجود دارد كه تنش لازم براي اشاعه آنها ، σc  از رابطه زير بدست مي آيد :

 σc = [2γE/ πc]                                    (براي حالت تنش صفحه اي )

σc = [2γE/π (1- v ) c ]1/2                      (براي حالت كرنش صفحه اي) 

كه در اينجا γ  انرژي واحد سطح ، E ضريب يانگ ماده ، C نصف طول ترك در جهت عمود بر محور تنش و V ضريب پواسون است .

هنگامي كه تنش وارده به سطح σc برسد ، تركهاي كوچك داخلي مي توانند پيشرفت كنند ، ولي با پيشرفت اندازه ترك مقدار C افزايش يافته ودر نتيجه σc كاهش مي يابد و ترك به طور ناگهاني پيشرفت مي كند . آهنگ پيشرفت چنين تركي در يك ماده ترد در حدود سرعت صوت است . اين حالت ترك در تمام مواد ترد صادق است .

شكست نرم :

شكست نرم در اثر تشكيل ، رشد و به هم پيوستن حفره هاي بسيار ريز در اطراف ذرات ناخالصي نظير اكسيدها و غيره معمولاً اتفاق مي افتد . اين شكست احتياج به لغزش يا تغيير شكل مومسان زيادي دارد و بنابراين انرژي جذ ب شده در حين شكست نسبتاً زياد است .

آهنگ اعمال تنش بر مقدار تغيير شكل مومسان و نوع شكست تاثير دارد . سيلان مومسان تا اندازه‌اي تابع زمان است .نوعي مقاومت اصطحكاك داخلي در مقابل حركت نابجاييها در داخل فلز ها وجود دارد و براي فائق آمدن نابجاييها بر اين مقاومتها و عبور از موانع پتانسيلي مانند ناخالصي ها ، اتمهاي حل شده و مرز دانه ها ، زمان لازم است .

هنگامي كه آهنگ اعمال تنش پايين باشد ، تغيير شكل مومسان به طور عادي صورت مي گيرد ولي با بالا رفتن آهنگ اعمال تنش در رسيدن به حد آهنگ لغزش ، سطح تنش لازم براي حركت دادن نابجاييها افزايش مي يابد . بعبارت ديگر آهنگ بارگذاري بالا موجب افزايش استحكام تسليم فلز مي شود .

اگرنرخ اعمال تنش بالا بسيار باشد  (مانند حالت بار گذاري ضربه اي ) ، ممكن است شكست بدون تغيير شكل مومسان قبلي ( شكست ترد ) اتفاق بيافتد .

پارامترهاي موثر بر منحني انرژي شكست  ( برحسب دما - ضربه ) :

يكي از پارامترهايي كه روي رفتار شكست قطعات تاثير مي گذارد ، هندسه قطعه و شرايط سطح آنهاست .تغيير ناگهاني مقطع و يا يك شكاف سطحي بعنوان يك نقطه تمركز تنش درون ماده عمل مي كند .

با كاهش شعاع انحناي راكورد در محل تغيير مقطع و يا كاهش شعاع انحناي بن شكاف ، ضريب تمركز تنش افزايش مي يابد اگر چه حساسيت همه مواد به ترك يكسان نيست ، اما وجود اين گونه مراكز تمركز تنش شديد ، احتمال شكست ترد قطعه را در شرايط بارگذاري ضربه اي به ميزان چشمگيري افزايش مي دهد.موادي كه عموماً ترد هستند ، معمولاً به وجود ترك و تغييرات شديد سطح مقطع شديداً حساس هستند .

در مقابل فلزهاي نرم حساسيت كمي به شكاف دارند زيرا امكان سيلان مومسان در حوالي محل تمركز تنش وجود داردكه موجب بزرگ شدن شعاع انحناي بن شكاف و درنتيجه كاهش تمركز تنش مي شود .

ناخالصي ها ، دانه هاي با شكل تيز و تخلخل نيز بعنوان نقاط تمركز تنش درون ماده عمل كرده و احتمال شكست ترد را افزايش مي دهند .تغيير دما بر رفتار ماده تاثير مي گذارد . در فلزات هر گونه افزايش دما باعث فعالتر شدن نابجاييها ودر نتيجه كاهش استحكام تسليم است . با افزايش دما تغيير رفتار از حالت ترد به نرم به وجود مي آيد .

بعضي از عناصر آلياژي موجود در فولاد مي توانند بر دماي تبديل از رفتار نرم به ترد اثر بگذارد  منگنز و نيكل دماي تبديل را پايين مي آورد ، ملي كربن ، ازت و فسفر آن را افزيش مي‌دهند‌.

روشهاي مختلف انجام آزمايش ضربه ( ايزود و شارپي ) :

آزمونهاي ضربه نمونه شيارداربه مقياس وسيعي در صنعت به عنوان معيار پذيرش مواد مورد استفاده قرار مي گيرد .اين آزمونها نسبتاً ساده سريع و آسان است .

اساس آزمون بر اين اساس است كه نمونه آزمايش ، باشيار ماشينكاري شده ، را دراثر ضربه يك چكش سريع شكسته و مقدار انرژي جذب شده در عمل شكست را اندازه گيري مي كنند.

كابرد عمده ديگر آزمون ضربه نمونه شياردار تعيين موفقيت يا عدم موفقيت عمليات حرارتي است . انواع آزمون ضربه به قرار زير است :

الف ) آزمون ضربه نمونه شياردار به روش ايزود :  

ماشين ايزود از يك آونگ سنگين نصب شده در يك قاب محكم تشكيل شده است . آونگ كه جرمش 60پوند است از ارتفاع 2 فوتي شروع به حركت مي كند .سرعت آونگ در پايين ترين نقطه نوسان در حدود  3.5 در ثانيه است كه در اين زمان به نمونه برخورد مي‌كند . پس از برخورد بالاترين ارتفاع آونگ يادداشت مي شود ودرنتيجه انرژي جذب شده توسط نمونه قابل محاسبه است .

ب ) آزمون ضربه نمونه شياردار شارپي :

تفاوت عمده ميان روشهاي آزمون شارپي و ايزود در اين است كه در آزمون شارپي نمونه آزمايش به حالت تكيه گاه ساده مستقر است و ضربه در وسط دهانه تير درست پشت محل شيار وارد مي شود ( مانند شكل زير ) . در يك ماشين آزمون شارپي استاندارد ، انرژي آونگ در پايين ترين نقطه حركتش 320ژول است ،البته ماشين هاي شارپي كوچكتر هم ساخته مي‌شوند . سرعت آونگ يك ماشين شارپي استاندارد 320 ژولي ، در پايين نقطه حركتش، بطور قابل ملاحظه اي بيشتراز سرعت برخورد آونگ ماشين ايزود استاندارد و در حدود 5.3متر بر ثانيه است .نمونه هاي آزمون شارپي را مي توان با شيار vشكل ويا u شكل تهيه نمود.

تئوري كامل ( اثبات قوانين حاكم بر آزمايش ) :

نمونه هاي استاندارد كه در اين آزمايش بكار گرفته مي شود داراي طول 55mm و عرض 10mm و ارتفاع 10 mm مي باشد . نمونه استاندارد در جلوي خود داراي يك شيار است كه به صورت شكل V در آن تراشكاري شده است .

تافنس يا انرژي شكست حاصل از اين آزمايش از فرمل زير بدست مي آيد :

α k = G L (Cos α – Cosα0 )/ S0                                               

G =وزن پاندول بر حسب كيلو گرم L                         = طول پاندول بر حسب سانتي متر

Cos α =زاويه ثانويه Cosα0                                                                  = زاويه اوليه

S0 =سطح مقطع شكست

شرح دستگاه و روش انجام آزمايش :

دستگاه آزمايش ازنوع دستگاه شارپي مي باشد . نمونه بصورت افقي در دستگاه قرار داده مي‌شود و پاندول از پشت به آن ضربه وارد مي كند و به علت وجود شيار قطعه بصورت ترد شكسته و ميزان بالا آمدن پاندول نشان دهنده مقدار انرژي جذب شده توسط قطعه مي باشد .

 ارائه نتايج بدست آمده :

الف ) قطعه فولادي :

α = 95 

α0 = 155

G =13.76 Kg           

L =62.5 CM

S0 =120 mm2

                          α k= 13.75*625(Cos95- Cos 155)/120 = 87.178

ب ) قطعه آلومينيومي :

α = 120 

α0 = 155

G =13.76 Kg           

L =62.5 CM

S0 =80 mm2

                          α k= 13.75*625(Cos120- Cos 155)/80 = 139.79

+ نوشته شده در  ساعت 10:57  توسط jacob | 
آزمايش پيچش

Torsion Test

هدف آزمايش :

آزمايش پيچش روشي را فراهم مي كند كه به وسيله آن بتوان مدول الاستيسيته برشي ، مقاومت تسليم برشي و مقاومت برشي نهايي را تعيين نمود .اين اطلاعات از طريق محاسبه زاويه پيچش ، كرنش پيچشي و وزنه هاي آويخته شده و گشتاور پيچشي بدست مي آيد كه از آزمايشات مورد توجه در خواص مكانيكي است .

تئوري (اثبات قوانين حاكم بر آزمايش ):

ميله اي استوانه اي كه از يك انتها تحت گشتاور پيچشي است را در نظر مي گيريم .تنشهاي برشي واقع در مقطع ميله در برابر گشتاور پيچشي مقاومت مي كنند .

 تنش برشي درمركز ميله صفر است و با زياد شدن شعاع بطور خطي افزايش مي يابد . از مساوي قرار دادن گشتاور پيچشي با گشتاور مقاوم داخلي داريم:

  MT =∫ τ rdA (r =0, R=a ) = τ /r ( ∫ r2dA (0 ,a ) )

ولي

∫r2dA (0 ,a )

گشتاور ماند قطبي سطح نسبت به محور ميله است بنابراين :

MT = τ J/ r

و يا

τ = MT r/ J

τ = تنش برشي Kg /Cm2 (psi)

MT  = گشتاور پيچشي Kg – Cm (Ib – in )

r = فاصله شعاعي از مركز ميله Cm (in )

J = گشتاور ماند قطبي Cm4  (in4 )

چون تنش برشي در سطح ميله حداكثر است ، در نمونه استوانه اي صلب كه

J = л D4 /32

است تنش برشي حداكثر عبارت خواهد بود از:

τ max= (MTD/2)/( л D4 /32) = 16 MT / л D3

تنش برشي واقع در سطح قطعه به شكل لوله عبارت است از :  

τ = 16 MD1/ л (D14  - D24 )

كه D1  قطر خارجي لوله

و D2 قطر داخلي لوله

تراپتومتر براي تعيين زاويه پيچش θ ومعمولاً بر حسب راديان به كار مي رود. اگر L طول آزمايش نمونه باشد ، از شكل بالا مشاهده خواهد شد كه كرنش برشي از رابطه زير به دست مي آيد :

γ = tan φ = rθ/L

 

در آزمايش پيچش ، مقادير گشتاور پيچشي MT  و زاويه پيچشي θ به دست مي آيد. سپس نمودار را مي توان رسم كرد . معمولاً براي اندازه گيري دقيق استحكام تسليم يا حد كشساني پيچشي ، از نمونه هايي به شكل تو خالي استفاده مي شود . به دليل شيب تنشي كه در سراسر قطر يك ميله وجود دارد ، الياف سطحي از سوي الياف داخلي كه شدت تنش وارد بر آنها كمتر است ، تحت كرنش مجدد قرار مي گيرد . بنابراين ، بطور كلي اولين شروع تسليم با وسايلي كه معمولاًبراي اندازه گيري زاويه بكار مي روند به سادگي  قابل اندازه گيري نيستند . استفاده از يك لوله جدار نازك اين اثر را به حداقل مي رساند ، چون شيب تنش عملاً حذف مي شود . اما بايد دقت شود كه ضخامت زياد هم كم نباشد زيرا انگاه قطعه بجاي پيچش در اثر كمانش

مي شكند . دردامنه كشسان تنش برشي با كرنش برشي متناسب در نظر گرفته مي شود . ثابت تناسب G مدول كشساني در برش يا مدول صلبيت ناميده مي شود .

                                                              ‑ τ = G γ

با قرار دادن مقادير γو τ از معادلات قبلي مدول برشي بر حسب شكل هندسي نمونه ، و گشتاور و زاويه چرخشي به صورت زير بيان مي شود :

 G = MTL /Jθ

 

شرح دستگاه آزمايش :

دستگاه آزمايش پيچش شامل فكي است با حركت پيچشي و سه نظامي براي گرفتن نمونه و وارد كردن گشتاور پيچشي به آن و يك فك سنگين كه انتهاي ديگر نمونه را درگير كرده و گشتاور پيچشي يا تورك را اندازه مي گيرد . تغيير شكل نمونه توسط يك وسيله اندازه گيري پيچش به نام تراپتومتر اندازه گيري مي شود .

ميزان تغييرشكل يا جابجايي زاويه اي نقطه اي نزديك يكي از دو انتهاي  قسمت آزمايشي نمونه نسبت به نقطه ديگري درهمان طولي در انتهاي ديگر بدست مي آيد . بطور كلي سطح مقطع نمونه پيچشي به شككل دايره است ، زيرا اين شكل هندسي ساده ترين شكل براي محاسبات تنش است.

نحوه انجام آزمايش :

ميله مربوط براي آزمايش را بر روي دستگاه قرارداده ، از يك طرف آن را بصورت غير متحرك متصل كرده و از طرف ديگر ان را به پايه متحرك دستگاه متصل مي كنيم كه در حين انجام آزمايش به ان وزنه هايي را متصل مي كنيم كه باعث ايجاد چرخش و در نتيجه ايجاد پيچش در نمونه مي شود . 

اين پيچش باعث انحراف عقربه دستگاه شده و آن را خوانده و نتايج را آزمايش مي كنيم ، سپس نتايج را يادداشت مي كنيم . حال امكان محاسبه تمام موارد مورد نياز در اين آزمايش بدست آمده است .

ارائه نتايج بدست آمده :

آزمايش را براي ميلگرد فولادي به طول 60mm و به قطر 6mm يعني به شعاع 3mm انجام مي دهيم .

1000gr

800gr

600gr

400 gr

200 gr

 

1 mm

0.84 mm

0.64 mm

0.43 mm

0.23 mm

L1 = 10 Cm

0.59 mm

0.40 mm

0.31 mm

0.19 mm

0.09 mm

L2 = 25 Cm

حالا اين آزمايش را براي ميله اي از جنس آلومينيوم با همان شرايط قبل انجام مي دهيم .

1000gr

800gr

600gr

400 gr

200 gr

 

2.78 mm

2.19 mm

1.62 mm

0.1.1 mm

0.56 mm

L1 = 10 Cm

1.69 mm

1.29 mm

0.88 mm

0.61 mm

0.19 mm

L2 = 25 Cm

 

بررسي نتايج حاصل از آزمايش :

براي محاسبه تنش برشي ، گشتاور پيچشي ، كرنش برشي مدول كشساني در برش و …. از فرمولهاي زير استفاده مي كنيم :

γ = rθ /L   ,   MT = τ J/ r  ,   G = MTL/θJ  ,    J = ½  π R4

MT =m.D

البته J براي دايره اين مقدار است .

 حال محاسبات را براي ميلگرد فولادي انجام مي دهيم :

G

γ

α

τ

MT

D

(mm(

L

(Cm(

M (gr)

1026086

276*10-8

0.00046

2.832

0.12

6

10

200

1097674

516*10-8

0.00086

5.664

0.24

6

10

400

1089230

780*10-8

0.0013

8.496

0.36

6

10

600

1110588

1020*10-8

0.0017

11.328

0.48

6

10

800

1151219

1230*10-8

0.002

14.16

0.6

6

10

1000

655

432*10-7

0.0036

2.832

0.12

6

25

200

62105

912*10-7

0.0076

5.664

0.24

6

25

400

57560

1476*10-7

0.0123

8.496

0.36

6

25

600

59000

1920

*10-7

0.016

11.328

0.48

6

25

800

49166

288*10-6

0.024

14.16

0.6

6

25

1000

 محاسبات انجام شده براي ميلگرد الومينيومي به شرح زير است :

G

γ

α

τ

MT

D

(mm(

L

(Cm(

M (gr)

42909

66*10-6

0.011

2.832

0.12

6

10

200

42909

132*10-6

0.022

5.664

0.24

6

10

400

44290

192*10-6

0.032

8.496

0.36

6

10

600

42909

264*10-6

0.044

11.328

0.48

6

10

800

42909

330*10-6

0.055

14.16

0.6

6

10

1000

31120

91*10-6

0.0076

2.832

0.12

6

25

200

19666

288*10-6

0.024

5.664

0.24

6

25

400

20228

420*10-6

0.035

8.496

0.36

6

25

600

18509

612*10-6

0.051

11.328

0.48

6

25

800

842.8

168*10-4

1.42276

14.16

0.6

6

25

1000

نتيجه گيري از آزمايش پيچش :

همان مدول برشي است كه از فرمول مقابل بدست مي ايد G = τ / γ                           :

مدول برشي با  D يا بازوي موثر دستگاه رابطه مستقيم دارد ،يعني هرچه D در ازمايش بيشتر

شود مدول برشي بيشتر مي شود . البته مدول برشي به جنس ميله هم بستگي دارد .   

+ نوشته شده در  ساعت 10:33  توسط jacob |