Кіріспе
Құрылымдық кернеуге байланысты деформация құбылысы. Материалдың беріктік шегі туралы ғылым. Материалдар ғылымы мен инженериясында беріктік нүктесі – бұл кернеу-деформация қисығындағы материалдың серпімді мінез-құлқының шегін және пластикалық мінез-құлқының басталуын көрсететін нүкте. Беріктік нүктесінен төмен материал серпімді деформацияланады және қолданылған кернеу алынған кезде бастапқы пішініне қайта оралады. Беріктік нүктесінен өткеннен кейін деформацияның бір бөлігі тұрақты және қайтымсыз болады, бұл пластикалық деформация деп аталады. Беріктік шегі немесе беріктік кернеуі – материалдың қасиеті, ол материалдың пластикалық деформациялана бастайтын беріктік нүктесіне сәйкес келетін кернеу. Беріктік шегі жиі механикалық компоненттегі рұқсат етілген максималды жүктемені анықтау үшін қолданылады, өйткені ол тұрақты деформация тудырмастан қолданылатын күштердің жоғарғы шегін көрсетеді. Алюминий сияқты кейбір материалдарда сызықтық емес мінез-құлық біртіндеп пайда болады және нақты беріктік нүктесі болмайды. Мұндай жағдайда, 0,2% пластикалық деформация болатын офсеттік беріктік нүктесі (немесе сынамалық кернеу) кернеу ретінде қабылданады. Беріктік – бұл біртіндеп жүретін бұзу түрі, ол әдетте толық бұзудан гөрі апатты емес. Қатты денелер механикасында беріктік нүктесі үш өлшемді бас кернеулер арқылы, беріктік беті немесе беріктік критерийі арқылы сипатталуы мүмкін. Әртүрлі материалдар үшін әртүрлі беріктік критерийлері әзірленген.
the science of material yield
In materials science and engineering, the yield point is the point on a stress strain curve that indicates the limit of elastic behavior and the beginning of plastic behavior. Below the yield point, a material will deform elastically and will return to its original shape when the applied stress is removed. Once the yield point is passed, some fraction of the deformation will be permanent and non reversible and is known as plastic deformation. The yield strength or yield stress is a material property and is the stress corresponding to the yield point at which the material begins to deform plastically. The yield strength is often used to determine the maximum allowable load in a mechanical component, since it represents the upper limit to forces that can be applied without producing permanent deformation. In some materials, such as aluminium, there is a gradual onset of non linear behavior, and no precise yield point. In such a case, the offset yield point (or proof stress) is taken as the stress at which 0.2% plastic deformation occurs. Yielding is a gradual failure mode which is normally not catastrophic, unlike ultimate failure. In solid mechanics, the yield point can be specified in terms of the three dimensional principal stresses with a yield surface or a yield criterion. A variety of yield criteria have been developed for different materials.
Анықтама
Материал Табыс беріктігі (МПа) Түпкілікті беріктігі (МПа) ASTM A36 болат 250 400 Болат, API 5L X65 448 531 Болат, жоғары беріктігі қорытпасы ASTM A514 690 760 Болат, алдын ала кернеулі жіптер 1650 1860 Пианино сымы 1740–3300 Көміртек талшығы (CF, CFK) 5650 Жоғары тығыздықтағы полиэтилен (HDPE) 26–33 37 Полипропилен 12–43 19.7–80 Дат баспайтын болат AISI 302 – суықпен қапталған 520 860 Құйма темір 4.5% C, ASTM A 48 172 Титан қорытпасы (6% Al, 4% V) 830 900 Алюминий қорытпасы 2014 T6 400 455 Мыс 99.9% 70 220 Купроникель 10% Ni, 1.6% Fe, 1% Mn, қалдығы Cu 130 350 Латунь 200+ ~ 550 Өрмек жібі 1150 (??) 1400 Жібекқұрт жібі 500 Арамид (Кевлар немесе Тварон) 3620 3757 UHMWPE 20 35 Сүйек (аяқ) 104–121 130 Найлон, тип 6/6 45 75 Алюминий (жанындалған) 15–20 40–50 Мыс (жанындалған) 33 210 Темір (жанындалған) 80–100 350 Никель (жанындалған) 14–35 140–195 Кремний (жанындалған) 5000–9000 Тантал (жанындалған) 180 200 Қалай (жанындалған) 9–14 15–200 Титан (жанындалған) 100–225 240–370 Вольфрам (жанындалған) 550 550–620
Нақты материалдардың әртүрлі кернеу-деформация қисықтарының болуына байланысты, беріктікті дәл анықтау көбінесе қиынға соғады. Сонымен қатар, беріктікті анықтаудың бірнеше мүмкіндігі бар:
Шын серпімділік шегі Дислокациялардың қозғалуын тудыратын ең төменгі кернеу. Бұл анықтама сирек қолданылады, себебі дислокациялар өте төмен кернеуде қозғалады және мұндай қозғалысты анықтау өте қиын. Пропорционалдық шегі Осы кернеуге дейін кернеу деформацияға пропорционалды (Гук заңы), сондықтан кернеу-деформация графигі түзу сызық болып табылады және градиенті материалдың серпімділік модуліне тең болады. Серпімділік шегі (табыс беріктігі) Бұл шектен асып кеткенде, тұрақты деформация пайда болады. Сондықтан, серпімділік шегі – тұрақты деформацияны өлшеуге болатын ең төменгі кернеу нүктесі. Бұл жүктемені қолмен жүктеу және түсіру процедурасын қажет етеді, ал дәлдігі пайдаланылатын жабдыққа және оператордың біліктілігіне тікелей байланысты. Резеңке сияқты эластомерлер үшін серпімділік шегі пропорционалдық шектен әлдеқайда жоғары. Сондай-ақ, нақты деформация өлшемдері пластикалық деформацияның өте төмен кернеуде басталатынын көрсетті. Табыс нүктесі Кернеу-деформация қисығының қисықтала бастап, пластикалық деформацияның басталатын нүктесі. Оффсеттік табыс нүктесі (қажеттілік беріктігі) Кернеу-деформация қисығының пішініне сүйене отырып, табыс нүктесін анықтау қиын болған жағдайда, оффсеттік табыс нүктесі кездейсоқ түрде анықталады. Бұл мән әдетте 0,1% немесе 0,2% пластикалық деформацияға тең болып белгіленеді. Оффсеттік мән төменгі индексте көрсетіледі, мысалы, МПа немесе МПа. Көптеген практикалық инженерлік қолданулар үшін, оффсеттік табыс нүктесінің төменгі мәнін алу үшін қауіпсіздік коэффициентімен көбейтіледі. Жоғары беріктікті болат және алюминий қорытпалары табыс нүктесін көрсетпейді, сондықтан осы материалдар үшін осы оффсеттік табыс нүктесі қолданылады.
Құрылыс инженерлігінде қолдану
Емді құрылымдардың қатаңдығы төмен болады, бұл ауытқулардың артуына және иілуге төзімділіктің азаюына алып келеді. Жүктеме алынғаннан кейін құрылымның пішіні өзгеріп қалуы мүмкін, сондай-ақ қалдық кернеулер пайда болуы да мүмкін. Инженерлік металдардың беріктігі артады, яғни, иілгеннен кейін олардың беріктік шегі жоғарылайды.
Сынау
Беріктік сынағы – белгілі көлденең қимасы бар шағын үлгіні алып, оны бақыланатын, біртіндеп арттырылатын күшпен тартып, үлгінің пішіні өзгеретін немесе сынғанға дейін сынауды қамтиды. Бұл созылу сынағы деп аталады. Ұзындық және/немесе көлденең деформация механикалық немесе оптикалық экстенсометрлер арқылы тіркеледі. Көптеген болаттар үшін қатаңдық пен созылу беріктігі арасында шамамен сызықтық байланыс бар, бірақ бір материалда алынған өлшемдерді басқа материалдың беріктігін өлшеу үшін пайдалануға болмайды. Сондықтан қатаңдық сынағы созылу сынағына экономикалық балама болып табылады, сонымен қатар, мысалы, дәнекерлеу немесе формалау операциялары салдарынан беріктік бойынша жергілікті өзгерістерді анықтауға мүмкіндік береді. Қауіпті жағдайларда, нақтылылықты жою үшін созылу сынағы жиі жүргізіледі. Дегенмен, белгілі бір шарттар орындалғанда, қатаңдыққа негізделген әдістерден кернеу-деформация қисықтарын алуға болады. Мұндай әдістер "Индентация пластометриясы" терминімен біріктірілген.