ШТА ЈЕ НАПОР ЗА ПРИНОСЕ И КАКО ДА ГА ДОБИЈЕТЕ? - ФИЗИЧКИ - 2025

Принос стрес је дефинисан као напор неопходан за објекат да почне да трајно деформисати, то јест, да се подвргне пластична деформација без кидања или ломљења.

Како ова граница може бити непрецизна за неке материјале, а прецизност кориштене опреме је фактор тежине, у инжењерству је утврђено да је напон приноса у металима као што је конструкцијски челик онај који ствара 0,2% трајне деформације у објекат.

Слика 1. Материјали који се користе у конструкцији тестирају се да би се утврдило колико су напона способни да издрже. Извор: Пикабаи.

Познавање вредности напрезања за приносе важно је знати да ли је материјал прикладан за употребу коју желите да дате деловима произведеним са њим. Када је део деформисан преко границе еластичности, можда неће моћи правилно да изврши предвиђену функцију и мора да се замени.

Да би се добила та вредност, испитивања се обично изводе на узорцима направљеним од материјала (епрувета или узорака), који су изложени различитим напрезањима или оптерећењима, док се мерење издужења или истезања доживљава са сваким од њих. Ови тестови су познати и као тест затезања.

Да бисте извршили тест затезања, почните са применом силе од нуле и постепено повећавајте вредност док се узорак не распадне.

Напете криве напрезања

Подаци парова добијени тестом затезања цртају се постављањем оптерећења на вертикалну ос и напрезања на водоравној оси. Резултат је графикон попут оног приказаног доле (слика 2), зван кривуља напрезања за материјал.

Из њега се утврђују многа важна механичка својства. Сваки материјал има своју криву напрезања. На пример, један од најгледанијих је конструкцијски челик, који се такође назива и челик благог или ниског угљеника. То је материјал који се широко користи у грађевинарству.

Кривуља напона и напрезања има карактеристична подручја у којима материјал има одређено понашање према примијењеном оптерећењу. Њихов тачан облик може значајно варирати, али они ипак имају неке заједничке карактеристике које су описане у даљем тексту.

За даље погледајте слику 2, која у врло генералном смислу одговара конструкцијском челику.

Слика 2. Кривуља напрезања за челик. Извор: модификовано од Ханс Топо1993

Еластична зона

Подручје од О до А је еластично подручје, где важи Хоокеов закон, у којем су напон и напрезање пропорционални. У овој зони материјал се у потпуности обнавља након наношења напрезања. Тачка А позната је као граница пропорционалности.

У неким материјалима крива која иде од О до А није равна линија, али су ипак еластичне. Важно је да се врате у првобитни облик када престане пуњење.

Зона еластичне пластике

Слиједи подручје од А до Б, у којем се деформација брже повећава с напором, остављајући обје не пропорционалне. Нагиб кривуље се смањује и на Б постаје водоравни.

Од тачке Б, материјал више не враћа свој изворни облик, а вредност напрезања у тој тачки сматра се напоном растезања.

Подручје од Б до Ц назива се зона приноса или пузања материјала. Тамо се деформација наставља иако се оптерећење не повећава. Чак би могла да се смањи, због чега се каже да је материјал у овом стању савршено пластичан.

Пластична зона и лом

У области од Ц до Д долази до стврдњавања, при чему материјал представља промјене у својој структури на молекуларном и атомском нивоу, што захтева веће напоре да би се постигле деформације.

Из тог разлога кривуља доживљава раст који се завршава када достигнемо максималан напор σ _мак.

Од Д до Е још увек је могућа деформација, али са мање оптерећења. У узорку (узорку) се формира врста стањивања која се назива стриктуре, што на крају доводи до примета прелома у тачки Е. Међутим, већ у тачки Д материјал се може сматрати сломљеним.

Како доћи до напора?

Граница еластичности Л _е неког материјала је највећи стрес који може да издржи без губитка еластичности. Израчунава се квоцијентом између величине максималне силе Ф _м и површине попречног пресека узорка А.

Л _е = Ф _м / А

Јединице границе еластичности у Међународном систему су Н / м ² или Па (Пасцалс) јер је то стрес. Граница еластичности и граница пропорционалности у тачки А су врло блиске вредности.

Али као што је речено на почетку, можда их није лако одредити. Напетост приноса добијена кривуљом напона и напрезања практично је приближавање граници еластичности која се користи у инжењерству.

Принос напона из кривуље напона и напрезања

Да би се то добило, линија се црта паралелно са линијом која одговара еластичној зони (оној која се покорава Хоокеовом закону), али се помера приближно 0,2% на хоризонталној скали или 0,002 инча по инчу деформације.

Ова линија се протеже све док не пресијеца кривуљу у тачки чија је вертикална координата жељена вриједност напона приноса, означена као σ _и , као што је приказано на слици 3. Ова кривуља припада другом дуктилном материјалу: алуминијуму.

Слика 3. Кривуља напона и напрезања за алуминијум, из које се у пракси одређује напон приноса. Извор: селф маде.

Два дуктилна материјала као што су челик и алуминијум имају различите кривуље напрезања. На пример, алуминијум нема грубо хоризонтални пресек челика који се види у претходном одељку.

Остали материјали који се сматрају крхким, попут стакла, не пролазе кроз горе описане фазе. Руптура се јавља много пре него што се појаве значајне деформације.

Важни детаљи које треба имати на уму

- Силе које се у начелу разматрају не узимају у обзир модификацију која се несумњиво дешава у подручју попречног пресека узорка. То индукује малу грешку која се исправља графичким приказом стварних напрезања, оних која узимају у обзир смањење површине како се деформација узорка повећава.

- Разматране температуре су нормалне. Неки материјали су дуктилни на ниским температурама и више нису дуктилни, док се други крхки понашају као дуктилни на вишим температурама.

Референце

1. Беер, Ф. 2010. Механика материјала. МцГрав Хилл. 5. Едитион. 47-57.
2. Енгинеерс Едге. Снага приноса. Опоравак од: енгинеерседге.цом.
3. Пузнути стрес. Опоравак од: инстрон.цом.ар
4. Валера Негрете, Ј. 2005. Биљешке о општој физици. УНАМ. 101-103.
5. Википедиа. Гмизати. Опоравак од: Википедиа.цом