Test di tensione come viene fatto, proprietà, esempi

UN Test di tensione È un test sperimentale che viene effettuato su un campione di materiale per determinare quanto resiste agli sforzi di tensione. Grazie ad esso puoi conoscere molte delle proprietà meccaniche del materiale e determinare se è appropriato per un particolare design.

Il campione è normalmente un cilindro chiamato provetta. Questo è sottoposto a una tensione, consistente nell'applicare due forze opposte alle estremità che allungano la barra e deformano. Il saggio continua a esercitare sforzi crescenti, fino a quando il campione si rompe finalmente.

Figura 1. Macchina di prova di tensione. Fonte: Wikimedia Commons.

Nota dalla grandezza delle forze e dalla deformazione che producono nel campione, da piccole forze che non causano deformazione permanente, alla tensione causata dalla rottura del pezzo.

Viene elaborata la raccolta dei dati e un grafico a sforzo.

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Ciò che viene utilizzato per l'esperimento di test di tensione?

L'esperimento viene condotto da macchine speciali come quella mostrata nella Figura 1, che forniscono lo sforzo necessario per caricare e quindi scaricare il materiale per valutare la deformazione.

Per quanto riguarda il campione, è un tubo con una sezione trasversale costante, in modo cilindrico, rettangolare o quadrato, le cui dimensioni sono standardizzate. Gli estremi sono più ampi per facilitare la sottomissione al campione, come si vede nella Figura 2 a sinistra.

La lunghezza iniziale l_O La regione calibrata sul tubo del campione viene misurata e marcata. Quindi è tenuto da mascelle alla macchina di prova e questo inizia.

figura 2. A sinistra un tubo in acciaio e a destra lo stesso campione già fratturato. Il test di tensione è un test distruttivo. Fonte: Wikimedia Commons.

Proprietà e dati ottenuti

I materiali hanno vari comportamenti di fronte alla tensione, mostrati nel seguente grafico per il quale è stato utilizzato l'acciaio. Gli sforzi applicati nell'asse verticale sono indicati dalla lettera greca σ e dalla deformazione unitaria nell'asse orizzontale, chiamato ε.

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La deformazione unitaria non ha dimensioni, poiché è il quoziente tra la variazione della lunghezza del test ΔL = l_F - L_O e la lunghezza iniziale. COSÌ:

ε = ΔL / L_O

Da parte sua, l'entità dello sforzo σ è la ragione di forza/cross -sezione.

Nel grafico si distinguono due regioni importanti: zona elastica e zona di plastica.

Figura 3. Curva di deformazione dello sforzo per l'acciaio. Fonte: meccanica del materiale. Hibbeler, R.

Area elastica

Quando lo sforzo di tensione σ è piccolo, la deformazione è proporzionale, ciò che è noto come legge di Hooke:

σ = y ε

Una volta che lo sforzo cessa, il corpo torna alle sue dimensioni originali. Questa è la regione elastica colorata della Figura 3, che si estende fino al punto chiamato limite di proporzionalità. Finora il materiale obbedisce alla legge di Hooke.

La costante di proporzionalità ed è il Giovane modulo, caratteristico del materiale e che può essere determinato dai test di tensione e compressione.

Il modulo di Young ha unità di pressione, nel sistema internazionale [y] = n / m^2 = pa. Deformazione unitaria, è già come detto, senza dimensioni, quindi lo sforzo σ ha anche dimensioni di forza per unità di sezione cross -section.

Dal limite di proporzionalità e aumentando lo sforzo avanza in una regione in cui la deformazione è reversibile ma non obbedisce alla legge di Hooke. Termina nel punto da cui il corpo è deformato permanentemente, chiamato Limite elastico.

Zona di plastica   

Quindi il materiale entra nella regione del comportamento plastico. Una volta superata l'area del comportamento elastico, l'acciaio entra nella regione del Cedere lo sforzo o creep, in cui il campione è deformazione ma non si rompe, sebbene lo sforzo rimanga costante in σ_E.

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Superare la zona di trasferimento la deformazione aumenta con lo sforzo applicato, ma non più in modo lineare.

Il materiale sperimenta cambia a livello molecolare e si verifica un indurimento per deformazione. Pertanto vediamo che sono necessari crescenti sforzi per ottenere una deformazione.

Il limite di quest'area è nel Ultimo sforzo. Il materiale è considerato rotto a questo punto, sebbene il campione sia ancora in un pezzo. Da lì il carico necessario per produrre deformazione viene ridotto e il campione viene progressivamente assottigliato (rigoroso) fino a finalmente fratture (Figura 2, a destra).

Questa curva e le sue regioni sono chiamate sforzi di frattura convenzionale. Ma sopra di lei c'è una curva discontinua, chiamata Vero sforzo di frattura, che si ottiene registrando l'istante o la vera lunghezza del campione, invece di lavorare con la lunghezza originale per trovare la deformazione unitaria, come spiegato all'inizio.

Entrambe le curve, la vera e quella convenzionale, coincidono nell'area di piccoli sforzi per la zona di Zidance. Comunque, il materiale dovrebbe funzionare nella gamma elastica per evitare deformazioni permanenti che impediscono il corretto funzionamento del pezzo fabbricato.

Quindi tra i dati più importanti ottenuti dalla prova ci sono lo sforzo σ_E che definisce il limite elastico.

Esempi di test di tensione

Il materiale utilizzato come modello nella descrizione precedente è l'acciaio, il cui uso è ampiamente esteso nella costruzione e nel settore. Ma ci sono molti materiali come cemento, cemento, vari metalli, leghe e legno, che sono anche ampiamente utilizzati.

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Ognuno ha una curva ridotta dello sforzo che è caratteristica e, secondo la loro risposta alla tensione o alla trazione, sono classificati in due categorie: fragili o duttili.

Materiali fragili e duttili

Nel grafico seguente σ contro ε (Sforzo-deformazione) vengono confrontati materiali fragili (Fragile) e duttili (duttili), sebbene sia necessario chiarire che lo stesso materiale può avere una o un'altra risposta a seconda di fattori come la temperatura. A basse temperature, i materiali tendono ad essere fragili.

La notevole differenza tra i due è che il materiale fragile manca della regione di resa o ha un molto piccolo. Non appena il limite elastico supera, il campione viene rotto. D'altra parte, i materiali duttili assorbono più energia prima di rompere, perché hanno una vasta zona di plastica.

Figura 4. Curva di deformazione dello sforzo per materiali duttili e materiali fragili. Fonte: Wikimedia Commons.

Il test di tensione è utile per classificare il materiale, essendo preferibile in base all'applicazione dell'uso di materiali duttili, poiché assorbono più energia e sono in grado di deformarsi molto prima della frattura.

Va anche notato che mentre alcuni materiali sono fragili di tensione, altri sforzi possono resistere meglio, come vedremo di seguito.

Risposta di vari materiali al test di tensione

-ghisa grigia: fragile in tensione, più resistente alla compressione.

-Bronzo: duttile.

-Calcestruzzo: fragile a seconda del tipo di miscela, ma molto resistente alla compressione. Quando verrà sottoposto a tensione, richiede il rinforzo da parte delle barre di acciaio.

-Legna: Secondo l'origine, è moderatamente duttile.

-Acciaio: Fragile quando hai un alto contenuto di carbonio.

-Metacrilato: duttile quando si aumenta la temperatura.

Riferimenti

1. Birra, f. 2010. Meccanica dei materiali. McGraw Hill. 5 °. Edizione.
2. Cavazos, j.L. Meccanica dei materiali. Recuperato da: YouTube.com.
3. Hibbeler, R. 2011. Meccanica dei materiali. Ottava edizione. Pearson.
4. Collins, d. Suggerimenti di movimento lineari. Proprietà meccaniche dei materiali: stress e tensione. Recuperato da: linearmotips.com.
5. Valera Negrete, J. 2005. Note di fisica generale. UNAM.
6. Wikipedia. Test di trazione. Recuperato da: è.Wikipedia.org.