آزمون کشش

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
آزمون کشش بر روی یک کامپوزیت. اندازه نمونه استاندارد نیست.

آزمون کشش یکی از آزمون های مخرب است که نمونه تحت نیروی کششی تک بعدی تا نقطه شکست قرار می گیرد و این درحالیست که ازدیاد طول نیز بصورت همزمان با نیروی اعمالی(بار اعمالی) ثبت می شود. نتایج حاصل از آزمون به ‌طور معمول برای انتخاب یک ماده به منظور کنترل کیفیت و پیش‌بینی اینکه چگونه یک ماده تحت انواع دیگری از نیروها واکنش نشان می دهد به کار می‌رود. منحنی تنش-کرنش مهندسی بر اساس مقادیر نیرو اعمالي-ازدیاد طول رسم می شود لذا خروجی آزمون یک منحنی تنش/کرنش می باشد که نشان دهنده رفتار ماده تحت کشش است. داده های بدست آمده در این آزمون برای تعیین خواص مکانیکی ماده استفاده می شود و کمیت ها زیر بدست می آیند:

تنش تسلیم: تنشی که در آن تغییر فرم پلاستیک یا تسلیم شدن هافاق می افتد.

استحکام کششی یا استحکام نهایی کشش :(UTS) ماکزیمم تنش کششی است که نمونه تحمل می کند و نسبت نیروی(بار) ماکزیمم به سطح مقطع اولیه نمونه تعریف می شود.

داکتیلیتی یا میزان قابلیت تغییر فرم پلاستیک: داکتیلیتی معمولاً تغییر طول است که کرنش شکست یا درصد افزایش طول و کاهش سطح مقطع تعریف می شود

مدول الاستیسیته یا مدول یانگ: شیب بخش خطی منحنی تنش-کرنش مدول الاستیسیته می باشد. این پارامتر معیاری برای سفتی ماده است که همان مقاومت در برابر تغییر فرم می باشد

چقرمگی: میزان توانایی جذب انرژی ماده تا مرحله شکست می باشد و آن را برابر با سطح زیر منحنی تنش-کرنش می دانند.

آزمون کشش تک محوری برای تعیین خواص مواد همسانگرد به کار می‌رود و برای مواد ناهمسانگرد مانند کامپوزیتها از آزمون دو محوری استفاده می‌شود.

شایع ترین آزمایش تست کشش، در هواپیما بر روی ورقه های کامپوزیتی ساده است .[1]

هدف از آزمون کشش[ویرایش]

تست های كشش به دلایل مختلف انجام می شود. نتایج آزمایشها کششی در انتخاب مواد برای برنامه های کاربردی مهندسی استفاده می شود. خواص کششی اغلب در مشخصها مواد، برای اطمینان از کیفیت قرار خواهد داشت. خواص کششی اغلب در هنگام توسعه مواد و فرایندهای جدید اندازه گیری می شوند تا مواد و فرآیندهای مختلف مقایسه شوند. در نهایت، خواص کششی اغلب برای پیش بینی رفتار یک ماده تحت انواع نیرو غیر از کشش یکسان استفاده می شود.

استحکام مواد اغلب نگرانی اصلی است، استحکام مدنظر ممکن است از لحاظ تنش لازم برای ایجاد تغییر قابل توجه شکل پلاستیک یا حداکثر استرس که ماده می تواند در مقابل آن مقاومت کند اندازه گیری شود. این اندازه گیری ها با دقت كافي (در قالب عوامل ایمنی)، در طراحی مهندسی مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین تمايل به انعطاف پذیری مواد، که چقدر می توان شكل آن را قبل از شکستگی تغییر داد محاسبه می شود. به ندرت شکل پذیری به طور مستقیم در طراحی گنجانیده شده است ولي درعوض، در مشخصها مواد برای اطمینان از کیفیت و سختی قرار داده شده است. خواص الاستیک هم ممکن است مورد توجه باشد، اما برای اندازه گیری این خواص در آزمایش کششی از تکنیک های خاصی استفاده می شود و براي اندازه گیری دقیق تر می توان از طریق تکنیک های اولتراسونیک انجام داد[1].

چرا تست کشش یا تست تنش را اجرا می کنیم؟[ویرایش]

با استفاده از تست کشش می توان درباره ی خواص ماده تا حد زیادی آشنا شد. وقتی به کشیدن قطعه تا زمان شکستن ادامه دهید، به مشخصها کششی خوب و کاملی دست خواهید یافت. منحنی حاصله نمایانگر چگونگی واکنش ماده در برابر نیروهای اعمالی خواهد بود. حداکثر تنش بسیار مهم بوده و معمولاً در نمودار "استحکام نهایی" یا UTS نامیده می شود[2].

در اکثر آزمون های کشش مواد، می توان مشاهده کرد که در مراحل اولیه ی آزمون ارتباط بین نیروی اعمالی یا بار وارده و ازدیاد طول نمونه تحت تست، بصورت خطی است. در این ناحیه، نمودار از رابطه ای به نام "قانون هوک" تبعیت می کند که در آن نسبت تنش به کرنش مقدار ثابت E= σ/e است. E معرف شیب خط در این ناحیه است، که درآن تنش متناسب با کرنش بوده و "مدول الاستیسیته" یا "مدول یانگ" نامیده می شود.

مدول الاستیسیته مقیاسی از سفتی ماده است، اما فقط در ناحیه ی خطی منحنی اعمال می گردد.

اگر نمونه ای در این ناحیه خطی تحت بار قرار گیرد، با برداشتن بار ماده دقیقاً به همان شرایط قبل از بارگذاری باز خواهد گشت. در نقطه ای که منحنی دیگر خطی نیست و از خط مستقیم منحرف می گردد، قانون هوک دیگر قابل اجرا نبوده و تغییر شکل دائمی در نمونه بوقوع می پیوندد. این نقطه "حد الاستیک یا حد تناسب" نامیده می شود. از این نقطه به بعد در تست کشش، به هر افزایش بار یا نیرو، ماده واکنش پلاستیکی نشان می دهد. در این زمان اگر بار از نمونه برداشته شود، ماده به شرایط اولیه قبل از اعمال فشار باز نخواهد گشت.

مقدار "استحکام تسلیم" ماده عبارت است از تنش وارده که در آن تغییر پلاستیک همچنان که بار اعمال می شود در ماده رخ می دهد.

برای برخی مواد (به عنوان مثال فلزها و پلاستیک ها)، خروج از ناحیه خطی الاستیک به راحتی قابل شناسایی نیست. از این رو، روش آفست، برای تعیین استحکام تسلیم ماده ی تحت آزمون بکار می رود. این روش ها در استاندارد ASTM E8 (فلزها) و D632 (پلاستیک ها) مورد بحث قرار می گیرند. آفست یا آستانه بصورت درصدی از تغییر طول مشخص می گردد (برای فلزها طبق استاندارد ASTM E8 معمولاً 0.2% و برای پلاستیک ها 2% مورد استفاده قرار می گیرد). تنشی (R) که از نقطه تقاطع (r) منحنی با خط رسم شده منطقه الاستیک خطی (با شیب برابر با مدول الاستیسیته) از آفست "m" ، تعیین می گردد، استحکام تسلیم به روش آفست را ارائه می کند.

منحنی کشش برخی مواد ناحیه خطی تعریف شده ی خوبی ندارد. در این موارد، استاندارد ASTM E111 روش های جایگزین دیگری در تعیین ضریب الاستیسیته یک ماده به همان خوبی مدول یانگ ارائه می کند. این ضرائب جایگزین، مدول متقاطع و مدول مماس هستند.

در زمان آزمون کشش می توانید میزان کش آمدگی یا ازدیاد طول نمونه ی تحت آزمون کشش را بیابید. این مقدار می تواند از اندازه گیری مطلق میزان تغییر در طول یا اندازه گیریِ نسبی به نام "کرنش" بیان گردد. کرنش به خودی خود می تواند به دو طریق مختلف بیان گردد، "کرنش مهندسی" و "کرنش حقیقی". کرنش مهندسی شاید ساده ترین و رایج ترین اصطلاح برای کرنش باشد که از نسبت تغییر طول به طول اولیه حاصل می گردد، e=∆L/L0 . کرنش حقیقی مشابه کرنش مهندسی است با این تفاوت که بر اساس طول آنی (لحظه ای) نمونه تحت آزمون تعیین می گردد، . که در آن Li معرف طول لحظه ایی و L0 بیانگر طول اولیه می باشد.

یکی از خواصی که می توانید برای مواد تعیین کنید استحکام نهایی (UTS) است. UTS ماکزیمم باری است که نمونه می تواند در طول تست تحمل کند. UTS ممکن است با استحکام شکست برابر باشد یا نباشد، و این بستگی دارد که چه نوع ماده ای را مورد آزمون قرار می دهید... شکننده، چکش خوار، یا حتی ماده ای که هر دو مشخصه را داراست. گاهی ممکن است که یک ماده زمانیکه در آزمایشگاه تحت تست قرار می گیرد چکش خوار باشد، اما زمانیکه از آن استفاده می شود و در معرض سرمای شدید قرار می گیرد، ممکن است رفتارش به شکننده تغییر یابد[2].

نمونه تست کششی[ویرایش]

نمونه ھای فلزی مورد استفاده در آزمون استاندارد کشش طوری شکل دھی می شوند که شکست، در قسمت مورد نظر طول آن ھا یعنی در طول گيج، صورت پذیرد و استانداردھای کاملا مشخصی برای ابعاد آن ھا تعيين شده است. در بعضی موارد، ممکن است نمونه ھای بسيار کوچک به کار روند، ولی این اندازه ھای کوچک در استانداردھای آزمایش گزارش نمی شوند و نتيجه آزمایش ھای این نمونه ھای کوچک ممکن است واقعا بيانگر خواص توده ماده نباشد. برای رسيدن به نتایجی که کاملا بيانگر خواص ماده باشد، باید کوشش کرد که بارگذاری روی نمونه از نوع محوری خالص باشد. نيرو از طریق گيره نمونه آزمایش، از ماشين آزمایش به ماده منتقل می شود. گيره ھای نمونه آزمایش انواع متفاوت دارند؛ ساده ترین آن ھا گيره گوه ای شکل است.

گوه ھا دارای لقمه ھایی با سطح مضرس ھستند تا در نمونه فرو رفته و آن را محکم نگه دارند. گيره ھای گوه ای برای گرفتن ھر دو نوع نمونه آزمایش : تخت و گرد، مناسب ھستند. یک امتياز گيره ھای گوه ای این است که ھيچ گونه آماده سازی برای انتهای نمونه ھای آزمایش لازم نيست، تنها ھنگام نصب نمونه ھای تخت دقت در ھم راستا کردن آن ھا ضروری است. گيره ھای گوه ای برای مواد خيلی سخت مناسب نيستند زیرا ممکن است ھنگام اعمال نيرو قطعه در گيره بلغزد[3].

برای پرھيز از این مشکل، از گيره ھای نوع پين دار برای نمونه ھای تخت استفاده می کنند؛ در حالی که برای نمونه ھای گرد، یا دو سر آن را رزوه کرده و در گيره پيچ می کنند، و یا با پيشانی آن را در گيره نگه می دارند. نمونه ھای پيشانی دار به فراوانی نمونه ھای دو سر رزوه به کار نمی روند زیرا باید از قطعه کلفت تر شروع کرده و آن را با ماشين کاری تراشيد که در نتيجه ھزینه توليد زیاد می شود.

انواع نمونه ھای مورد استفاده در تست کشش و نحوه قرار گيری آن ھا در دستگاه آزمون کشش، در تصاویر زیر نمایش داده شده اند.


نمونه کششی، یک نمونه با سطح مقطع استاندارد است که دو بازو و یک گیج (مقطع) در میانه دارد. بازوها بزرگ بوده تا بتوانند به راحتی و به صورت محکم توسط گیره‌ها گرفته شوند، در حالیکه که بخش گیج سطح مقطع کمتری دارد به‌طوری‌که تغییر شکل و شکست در این ناحیه رخ می‌دهد.

بازوهای نمونه کششی می‌توانند به طرق مختلفی برای هاصال‌های متفاوت به دستگاه کشش ساخته شوند. هر سیستم مزایا و معایبی دارد. به عنوان مثال تولید بازوهای طراحی شده برای گیره‌های دندانه دار، ارزان و آسان است اما تراز نمونه به مهارت تکنیسین‌ها بستگی دارد. از سوی دیگر گیره‌های دارای پین، تراز خوبی را تضمین می‌کنند. بازوها و گیره‌های پیچ شده نیز دارای تراز خوبی هستند اما تکنیسین باید بداند که هر بازو می‌بایست به اندازه طولی حداقل یک قطر به داخل گیره‌ها پیچ شود وگرنه رزوه‌ها قبل از شکست نمونه ممکن است صاف و کنده شوند.

در ریخته‌گری‌ها و آهنگری‌های بزرگ، معمولاً مقداری ماده اضافی در نظر گرفته می‌شود تا بتوان با جدا کردن بخش‌های اضافی از آن قطعه نمونه را تهیه کرد. این نمونه‌ها ممکن است دقیقاً نشان دهندهٔ تمام قطعه کار نباشند زیرا که ساختار بلور ممکن است در سراسر آن متفاوت باشد. در قطعه کارهای کوچک‌تر هنگامیکه قسمت‌های حیاتی از ریخته‌گری باید آزمایش شود، یک قطعه کار ممکن است برای ساختن نمونه‌های آزمون قربانی شود.

[[Image: |460px|alt=|نمونه‌های مختلف بازو برای نمونه‌های آزمایشی. A تا C برای نمونه‌های دایره وار، D و E برای نمونه‌های تخت.

A. بازوی رزوه دار به منظور استفاده در گیره رزوه ای
B. بازوی مدور به منظور استفاده در گوه دندانه دار
C. یک بازو با انتهای پهن (butt end) به همراه بست نگهدارنده
D. بازوی تخت به همراه گوه دندانه دار
E. بازوی تخت به همراه سوراخ برای استفاده در گیره پین دار]]

نمونه‌های مختلف بازو برای نمونه‌های آزمایشی. A تا C برای نمونه‌های دایره وار، D و E برای نمونه‌های تخت.

A. بازوی رزوه دار به منظور استفاده در گیره رزوه ای
B. بازوی مدور به منظور استفاده در گوه دندانه دار
C. یک بازو با انتهای پهن (butt end) به همراه بست نگهدارنده
D. بازوی تخت به همراه گوه دندانه دار

E. بازوی تخت به همراه سوراخ برای استفاده در گیره پین دار
نامگذاری قطعه نمونه

قابلیت تکرارپذیری یک ماشین آزمون می‌تواند با استفاده از نمونه‌های آزمایشی که با دقت بسیار زیاد ساخته شده‌اند مسیر شود.

یک نمونه استاندارد بسته به نوع آزمایش، به صورت گرد یا مربع در امتداد قسمت گیج است. هر دو انتهای نمونه باید طول و شرایط سطحی یکسانی را همانند وقتی که آن‌ها در طی آزمون به‌طور محکم گیره شده بودند دارا باشند. طول اولیه گیج (Lo) استاندارد شده‌است (در بسیاری از کشورها) و بسته به اندازه قطر (Do) یا سطح مقطعی (Ao) تغییر می‌کند که هر کدام در برخی از کشورها به صورت زیر استفاده می‌شود:

نوع نمونه ایالات متحده (ای‌اس‌تی‌ام) بریتانیا آلمان
تخت (Lo / √Ao) ۴٫۵ ۵٫۶۵ ۱۱٫۳
میله‌ای (Lo / Do) ۴٫۰ ۵٫۰۰ ۱۰٫۰

اندازه گيری نيروی وارد بر نمونه[ویرایش]

نيروی وارد بر نمونه را می توان به چند روش اندازه گرفت. قدیمی ترین روش که بسيار دقيق است از یک سيستم شامل یک اھرم مکانيکی با وزنه متحرک استفاده می کند. مهم ترین مشکل سيستم اھرمی این است که ماشين مربوطه حجيم بوده و فضای زیادی را اشغال می کند. این امر خصوصا در مورد ماشين ھای با ظرفيت بالاتر، بيشتر است.

در بعضی انواع ماشين ھا که بار به روش ھيدروليکی اعمال می شود، برای اندازه گيری نيروی وارد بر نمونه، از یک دستگاه ھيدروليکی استفاده می شود. در این روش، فشار فزاینده روغن در اثر ازدیاد نيروی وارد بر نمونه، پيستون درون یک استوانه کوچک فشار مدرج را، به اھرم آونگی وزنه دار فشار می دھد و آونگ را از وضعيت قائم دور می کند. ھر چه نيرو و در نتيجه فشار روغن بيشتر شود، آونگ بيشتر از وضعيت قائم دور می شود. حرکت آونگ موجب چرخش یک عقربه روی صفحه مدرج می شود. این سيستم نيز قابليت اندازه گيری دقيق دارد.

سومين سيستم اندازه گيری نيرو با استفاده از تغيير شکل یک فنر است. از این اصل در ماشين آزمایش کشش روميزی کوچک مدل مونسانتو استفاده می شود که در آن تغيير شکل الاستيک یک تيغه فولادی تحت بار، موجب حرکت پيستون در یک سيلندر محتوی جيوه می شود. در نتيجه، جيوه با فشار وارد لوله ی شيشه ای نصب شده در کنار یک خط کش مدرج می گردد.

چهارمين روش ، اندازه گيری نيرو با استفاده از سلول نيرو است. سلول نيرو ممکن است یک ترانسدیوسر با یک قطعه مجهز به کرنش سنج برقی (قطعه ای از ماده که به دقت با کرنش سنج ھای حساس پر شده است) باشد. اعمال نيرو یک سيگنال برقی خروجی از سلول توليد می کند که پس از تقویت یا به صورت یک عدد نمایش داده می شود، و یا توسط یک رسام ثبت می شود[3].

اندازه گيری کرنش نمونه[ویرایش]

بسياری از ماشين ھای آزمایش مجهز به دستگاه ھای رسام ھستند و منحنی نيرو – تغيير شکل نمونه آزمایش را رسم می کند. البته با منحنی ھای ترسيم شده باید با احتياط کار کرد. به عنوان مثال، در آزمایش کشش در حالی که منحنی رسم شده شکل نمودار نيرو -تغيير شکل ماده، و ھم چنين اندازه ھای دقيق نيرو را نشان می دھد، مقادیر نمایش داده شده روی محور تغيير شکل، تغيير فاصله بين محل ھای اتصال نمونه آزمایش به دستگاه است و نه ازدیاد فاصله نقاط مربوط به طول مورد آزمون نمونه. بعضی از نسل ھای جدید ماشين ھای آزمایش، به یک ریز کامپيوتر متصل ھستند که پس از پایان آزمایش، نتایج به طور کامل با جدول یا به طور ترسيمی و در صورت نياز، در مقایسه با نتایج قبلی چاپ می شود.

اندازه گيری دقيق تغييرات ابعاد نمونه آزمایش (و در نتيجه کرنش) معمولا از طریق اتصال یک وسيله اندازه گيری دقيق روی خود نمونه صورت می گيرد. وسایل اندازه گيری کرنش طولی، ازدیاد طول سنج (یا اکستنسيومتر) و وسایل اندازه گيری کرنش در آزمایش پيچش، پيچش سنج (یا تورشن متر) نام دارند. یکی از متداول ترین اکستنسيومتر ھا، نوع ليندلی است. این وسيله در عين استحکام، حساس است. اکستنسيومتر ليندلی با سفت کردن دو گيره پيچی، که به فاصله 50 ميلی متر از یکدیگر قرار گرفته اند، روی نمونه آزمایش وصل می شود. ھنگامی که نيرو به نمونه وارد شده و کرنش به وجود می آید، حرکت نسبی گيره ھا از طریق اھرم به یک صفحه مدرج منتقل می شود. این صفحه در فاصله ھای متناظر به ازدیاد طول 0.001 ميلی متر مدرج شده و حداکثر ازدیاد طول قابل اندازه گيری 2.5 ميليمتر است. نوع دیگر اکستنسومتر که بر اساس اصول مکانيکی کار می کند، اکستنسيومتر مونسانتو ھونز فيلد است. در این وسيله ، حرکت نسبی کوچک بين نقاط اتصال موجب باز شدن یک جفت تماس یابنده برقی می شود. با چرخاندن یک پيچ مدرج می توان مجددا تماس یابنده را بست که در این صورت یک چراغ کوچک روشن می شود. با استفاده از این دستگاه می توان ازدیاد طول ھای تا 0.01 ميليمتر را خواند، ولی برای ھر بار خواندن ازدیاد طول سنج، باید نيرو ثابت نگاه داشته شود. این دستگاه نيز بر اساس سنجه 50 ميلی متری کار می کند. اکستنسيومترھای الکترونيکی در ماشين ھای آزمایش نسل جدید به کار می روند و ازدیاد طول به صورت دیجيتالی توسط یک نمایشگر داده می شود. بعضی از اکستنسيومر ھای بر اساس نور کار می کنند. اکستنسيومتر مارتن از این گونه است. تغيير طول LCD یا LED سنجه سنجه طول موجب حرکت زاویه ای آینه می شود. با استفاده از یک تلسکوپ ، صفحه مدرج از درون آینه مشاھده می شود. راه دیگر ، انداختن یک نقطه نورانی از طریق آینه روی صفحه مدرج است. اکستنسيومتر ھای نوری، بسيار حساس ھستند و معمولا برای اندازه گيری کرنش ھای کم در آزمایش ھای خزش دراز مدت به کار می روند.

یک وسيله دیگر برای اندازه گيری کرنش، کرنش سنج مقاومتی برقی است. مقاومت ویژه برخی رساناھا به تغييرات کرنش الاستيک، بسيار حساس است. یک کرنش سنج مقاومتی شامل یک سيم بسيار ظریف است که به شکل زیگزاگ بين دو صفحه مقاوم به رطوبت، نصب شده است. کرنش سنج را محکم روی سطح نمونه آزمایش چسبانده و دو سر سيم آن را به یک شبکه پل وصل می کنند تا بتوانند تغييرات مقاومت آن را اندازه گيری کنند[3].

تجهیزات[ویرایش]

دستگاه استاندارد یونیورسال یا همه منظوره

رایج‌ترین دستگاه تست مورد استفاده در آزمون کشش از نوع یونیورسال یا همه منظوره است. این نوع دستگاه دارای دو بلوکه ثابت است که یکی برای طول نمونه تنظیم می‌شود و دیگری برای اعمال نیرو ساخته شده‌است که در دو نوع هیدرولیکی و الکترومغناطیسی وجود دارند. عملکرد اصلی این تست ها ایجاد منحنی تنش-کرنش است.

دستگاه باید قابلیت‌های مناسب را برای نمونه در حال آزمایش داشته باشد. 3 پارامتر اصلی وجود دارد: ظرفیت فشار، سرعت و دقت. ظرفیت فشار به این حقیقت اشاره دارد که دستگاه باید قادر به تولید نیروی کافی برای شکست نمونه باشد. این نیرو باید به اندازه کافی سریع یا آرام باشد تا بتواند شرایط حقیقی را شبیه سازی کند. برای مثال یک دستگاه بزرگ که برای اندازه‌گیری کشش‌های طویل طراحی شده ممکن است با یک ماده ی شکننده که کشش‌های کوتاه قبل از شکستن را تجربه کرده کار نکند.

اندازه‌گیری کرنش معمولاً با یک کشش سنج انجام می‌شود اما کرنش سنج اغلب در آزمون نمونه‌های کوچک یا هنگامیکه نسبت پواسون مشخص باشد نیز استفاده می‌شود. دستگاه‌های جدیدتر زمان و نیرو سنج دیجیتال و سیستم‌های اندازه‌گیری کشش که شامل سنسورهای الکترونیکی متصل شده به دستگاه جمع‌آوری داده ( اغلب کامیپوتر) و نرم افزار که برای ویرایش و خروجی داده است را دارا می‌باشند.

ماشین های الکترومکانیکی(الکترومغناطیسی) بر اساس یک موتور الکتریکی با سرعت متغیر؛ یک سیستم کاهش دنده؛ و یک، دو یا چهار پیچ که حرکت رو به بالا یا پایین را هدایت میکنند، ساخته شده اند. سرعت حرکت ماشین را می توان با تغییر سرعت موتور تغییر داد.[1]


ماشین های هیدرولیکی بر اساس یک پیستون تک و یا دوگانه عمل می کنند که حرکت رو به بالا یا پایین را انجام می دهد. با این حال، اکثر ماشین آلات هیدرولیک استاتیک یک پیستون و یا یک تلمبه تک کاره دارند. در یک دستگاه دستی، اپراتور، سوراخ سوپاپ سوزنی تنظیم کننده فشار را برای کنترل میزان بارگذاری (نیرو) تنظیم می کند. در یک سیستم هیدرولیکی بسته، سوپاپ سوزنی با یک شیر الکتریکی برای کنترل دقیق جایگزین می شود. به طور کلی، دستگاه های الکترومکانیکی دارای سرعت و دامنه حرکت بیشتری نسبت به دستگاه های هیدرولیکی هستند. همچنین دستگاه های هیدرولیکی برای تولید نیروهای بیشتر هزینه بالاتری می برند.


روند آزمون[ویرایش]

بعد از قرار دادن نمونه در دستگاه، نیروی کششی به نمونه اعمال می شود تا زمانی که شکست رخ دهد. نیروی لازم برای ایجاد ازدیاد طول گزارش می شود و منحنی نیرو-ازدیاد طول، ترسیم می شود. با انجام محاسبات لازم، به شرح ذیل، منحنی تنش-کرنش مهندسی از این منحنی اولیه استخراج می شود.

در این روابط ، تنش مهندسی است که حاصل تقسیم نیرو بر سطح مقطع اولیه است و e کرنش مهندسی است و حاصل تقسیم ازدیاد طول بر طول اولیه گیج (gage length)، است. تنش و کرنش مهندسی مستقل از هندسه و شکل قطعه هستند.[4]

منطقه کشسان یا الاستیک: بخش خطی منحنی، از ابتدا تا نقطه تسلیم (yielding point) که تغییر شکل به صورت الاستیک است، منطقه الاستیک نامیده می شود. در این منطقه تنش و کرنش رابطه خطی دارند و قانون هوک به شرح ذیل برقرار است:

ثابت E در رابطه فوق، مدول الاستیک یا مدول یانگ، نامیده می شود و برای هر ماده ای مقدار معینی دارد.

منطقه مومسان یا پلاستیک: این منطقه بعد از نقطه تسلیم شروع می شود. نقطه تسلیم آغاز شروع تغییر شکل موسان نمونه است. تغییر شکل مومسان به صورت ثابت تا نقطه اوج منحنی  یا همان استحکام کششی، ادامه دارد. در  فرایند گلویی شدن نمونه، شروع می شود.  مطابق فرمول ذیل محاسبه می شود:

از آنجا که محاسبه استحکام کششی ساده است و یک پارامتر کاملا تکثیر پذیر (reproducible) است، لذا پارامتر مفیدی برای تعیین ویژگی های مواد و کنترل کیفی محصول است. روابط تجربی ارزشمندی بین استحکام کششی و خواصی مانند سختی و استحکام خستگی وجود دارد که اغلب مفید هستند. برای مواد ترد و شکننده (brittle) نیز، استحکام کششی یک معیار معتبر در طراحی محسوب می شود.

استحکام تسلیم: فرایند تسلیم شدن، شروع اولین تغییر شکل مومسان نمونه است و سطح تنشی که این تسلیم در آن آغاز می شود، استحکام تسلیم نامیده می شود که یک پارامتر مهم در طراحی است. برای بیشتر مواد، یک انتقال تدریجی از رفتار الاستیک به رفتار پلاستیک مشاهده می شود، لذا تعیین نقطه ای که این انتقال صورت می گیرد مشکل است.

معیارهای مختلفی برای تعیین نقطه تسلیم استفاده می شوند که به عواملی مثل دقت اندازه گیری کرنش و استفاده مفهومی از داده ها، بستگی دارند. روش کرنش افست (۲% offset strain)، یک روش مرسوم برای اندازه گیری استحکام تسلیم است. برای تعیین آن از نقطه ۰٫۲% روی محور افقی، خطی موازی ناحیه خطی نمودار رسم شده و محل تقاطع این خط با منحنی تنش-کرنش، به عنوان نقطه تسلیم تعیین می شود.

داکتیلیته:درجه ای از تغییر شکل مومسان، که یک ماده می تواند تا قبل از شکست نشان دهد، داکتیلیته نامیده می شود. ماده ای که تغییر شکل موسان اندکی نشان دهد یا قبل از شکست هیچ گونه تغییر شکل موسانی نداشته باشد، ترد یا شکننده عنوان می شود. درصد ازدیاد طول و کاهش سطح مقطع هم نمادی از داکتیلیته هستند که ذیلا روابط مربوطه آورده می شود:

در این روابط z و q به ترتیب، درصد ازدیاد طول و درصد کاهش سطح مقطع را نشان می دهند.

جهندگی: ظرفیت ماده برای جذب انرژی در منطقه الاستیک، جهندگی نامیده می شود.

چقرمگی: توانایی ماده در پذیرش تغییر شکل موسان و جذب انرژی تا قبل از شکست، چقرمگی نامیده می شود. سطح زیر منحنی تنش-کرنش، تا نقطه استحکام کششی نشان دهنده چقرمگی ماده است. شکل زير چقرمگی سه گروه فولاد کربنی را نشان می دهد.


ضریب پواسان: نسبت تغییر اندازه جانبی (کرنش عرضی) به تغییر اندازه محوری (کرنش طولی)، ضریب پواسان نامیده می شود.  از آنجا که در بیشتر مواد مهندسی، کرنش عرضی و طولی مختلف العلامت هستند، فرمول با علامت منفی ارائه شده است تا مقدار حاصله مثبت گردد .[4]

استانداردها[ویرایش]

فلزات[5]

ASTM E8/E8M روش آزمون استاندارد برای تشت کشش مواد فلزی

ASTM A 48/A 48M استاندارد مشخصات چدنهاي خاكستري

ASTM A 536 استاندارد مشخصات چدنهاي نشكن

ISO 6892  تست کشش مصالح فلزی در دمای محیط

JIS Z2241 روش آزمون کشش برای مواد فلزی


مواد انعطاف پذیر [5]

ASTM D638 روش آزمون استاندارد کشش برای ورقه‌های پلاستیکی

ASTM D828 روش آزمون استاندارد برای خواص کششی کاغذ و مقوا استفاده شده در دستگاه با نرخ کشیدگی ثابت

ASTM D882 روش آزمون استاندارد کشش برای ورقه‌های نازک پلاستیکی

ISO 37 روش آزمون برای لاستیک، جوش زده شده توسط ترموپلاستیک – تعیین خواص کششی تنش- کرنش


کامپوزیت ها FRP

ASTM D3039/D3039M روش آزمون استاندارد کشش برای مواد کامپوزیت ماتریکس پلیمر

ASTM D7205/D7205M روش آزمون استاندارد کشش برای میله کامپوزیت ماتریکس پلیمر تقویت شده با فیبر

(ASTM D3916-08(2016 روش آزمون استاندارد کشش برای پودر شیشه ای تقویت شده با فایبر گلاس پلاستیکی


الیاف شیشه[5]

A2343 روش آزمون استاندارد کشش برای الیاف فیبر شیشه ای، نخ و راینینگ مورد استفاده در پلاستیک های تقویت شده

منابع[ویرایش]

[۱] [۲] [۳] [۴] [۵]

  1. [www.asminternational.org/bookstore]
  2. [www.testresources.net]
  3. [ورنون جان ، آزمون مواد ، ترجمه علی حائریان و محسن کهرم ، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد ،.13]
  4. [www.iran-mavad.com/?p=30101]
  5. [www.razi-center.net/farsi]