اثر دستگاه تست کشش بر خواص جریان

اثر دستگاه تست کشش بر خواص جریان

برای بررسی اثر دستگاه آزمایش بر خواص جریان(Influence Of Testing Machine On Flow Properties) باید ابتدا به بررسی نحوه عملکرد این دستگاه پرداخت. هنگامی که نمونه‌ ای در دستگاه تست کشش بارگذاری می‌ شود، بار علاوه بر نمونه به کل دستگاه نیز وارد می‌ شود. در حالی که نمونه ابتدا تغییر شکل الاستیک و سپس تغییر شکل پلاستیک می‌ کند، دستگاه آزمایش به نحوی طراحی شده است که فقط در آن تغییر شکل الاستیک ایجاد می‌ شود. به‌ منظور تجزیه و تحلیل، این دستگاه به‌ صورت دو فنر سری در نظر گرفته می‌ شود طوری که بدنه دستگاه آزمایش و گیره‌ های آن دارای ثابت فنری K بوده، و نمونه دارای ثابت فنری خاص خود است.

دستگاه آزمایشی که سرعت فک آن ثابت است، آهنگ کرنش کل ثابتی اعمال می‌ کند که مجموعه‌ ای است از: (1) آهنگ کرنش الاستیک نمونه؛ (2) آهنگ کرنش پلاستیک نمونه؛ و (3) آهنگ کرنش حاصل از الاستیسیته دستگاه آزمایش. در هر لحظه بین این بخش‌ ها مقداری توزیع آهنگ کـــــرنش وجود دارد. اگر سرعت فک ν باشد، در زمان خاص t، جابه‌جایی کل عبارت است از νt. نیروی P وارد بر نمونه باعث جابه‌جایی الاستیک به مقدار P/K در دستگاه می‌ شود. جابه‌جایی الاستیک نمونه (از قانون هوک)، σL/E است و جابه‌جایی پلاستیک نمونه ɛ_PL است. چون جابه‌جایی کل حاصل جمع مؤلفه‌ های جابه‌جایی است پس :

با به‌دست آوردن ɛ_P، می‌ بینیم که کرنش پلاستیک حاصل از جدول بار - زمان در یک دستگاه آزمایش که سرعت فک آن ثابت است، باید علاوه بر الاستیسیته نمونه برای سفتی (stiffness) دستگاه نیز تصحیح شود:

معادله 2

برهم کنش نمونه با دستگاه آزمایش تأثیر عمده‌ای بر آهنگ کرنش دارد. اگر از معادله 1 زمان را حذف و آهنگ تنش و آهنگ کرنش έ را وارد کنیم، پس از قرار دادن P=σA :

و چون

معادله 5

مشاهده می‌شود که معمولا آهنگ کرنش نمونه با سرعت از پیش تعیین شده فک تفاوت داشته و به آهنگ تغییر شکل پلاستیک و سفتی نسبی دستگاه آزمایش و نمونه بستگی دارد. مقادیر تجربی منطقی K دستگاه، در دامنه 32400-7200 کیلوگرم بر سانتی متر (180000-40000 پوند بر اینچ) است، در صورتی که یک نمونه فولادی به قطر 1.38 سانتی متر (0.505 اینچ) که مقطع آن تا 6.35 سانتی متر (2.5 اینچ) کم شده دارای ثابت فنری 432000 کیلوگرم بر سانتی متر (2400000 پوند بر اینچ) است. بنابراین معمولا جز در مورد نمونه‌ های سیمی یا دستگاه‌ های آزمایش با طرح ویژه، نمونه دارای ثابت فنر بسیار بزرگتری نسبت به دستگاه آزمایش است. در شروع آزمایش کشش ، و معادله 5 به رابطه زیر تبدیل می‌ شود:

معادله 6

در حالی که، در نقطه تسلیم

است به‌ طوری که

اگر لازم باشد که آهنگ کرنش از شروع آزمایش تا نقطه تسلیم ثابت باشد یعنی

سرعت فک باید از مقدار اولیه

خود با ضریبی به شرح زیر

به مقدار آن در نقطه تسلیم

تبدیل شود:

این ضریب مشخصا برای نمونه کشش فولادی استاندارد، بزرگ‌تر از 20 است. بنابراین معمولاً برای نگهداری یک آهنگ کرنش ثابت از شروع آزمایش تا نقطه تسلیم، تغییرات زیادی در سرعت فک مورد نیاز است.

مشخصات دستگاه آزمایش می‌تواند تاثیر زیادی بر شکل منحنی تنش - کرنش و رفتار شکست داشته باشد. یک دستگاه آزمایش صلب با ثابت فنر بزرگ به دستگاه سخت موسوم است. دستگاه‌های مکانیکی دارای حرکت پیچی، دستگاه‌ های سخت هستند در صورتی که دستگاه‌ های آزمایش با حرکت هیدرولیکی، دستگاه‌ نرم هستند. دستگاه آزمایش سخت نقطه تسلیم بالایی و پایینی را مجددا به‌ درستی ارائه می‌ کند، ولی در یک دستگاه نرم نقاط مذکور علامت‌گذاری شده و فقط مقدار کشش در بار ثابت ثبت خواهد شد.

منابع و پیوندها