항복 응력이 파괴 또는 파쇄하지 않고 소성 변형을 받아야하는 것입니다 영구적으로 변형 시작하는 객체에 필요한 노력으로 정의된다.
이 한계는 일부 재료에 대해 약간 부정확 할 수 있고 사용되는 장비의 정밀도가 중량 요소이기 때문에 엔지니어링 분야에서 구조용 강철과 같은 금속의 항복 응력이 0.2 % 영구 변형을 생성하는 것으로 결정되었습니다. 목적.
그림 1. 건설에 사용되는 재료는 견딜 수있는 응력을 결정하기 위해 테스트됩니다. 출처 : Pixabay.
항복 응력의 값을 아는 것은 재료가 재료와 함께 제조 된 부품에 제공하려는 용도에 적합한 지 아는 데 중요합니다. 부품이 탄성 한계 이상으로 변형 된 경우 의도 한 기능을 올바르게 수행하지 못할 수 있으므로 교체해야합니다.
이 값을 얻기 위해 일반적으로 다양한 응력이나 하중을받는 재료 (시험관 또는 시편)로 만든 샘플에 대해 테스트를 수행하고, 각각에 대해 경험하는 신율 또는 신축성을 측정합니다. 이러한 테스트를 인장 테스트라고합니다.
인장 테스트를 수행하려면 0에서 힘을 적용하여 시작하고 샘플이 파손될 때까지 값을 점차 증가시킵니다.
변형 응력 곡선
인장 시험에서 얻은 데이터 쌍은 수직 축에 하중을, 수평 축에 변형을 배치하여 플롯됩니다. 그 결과는 아래 그림 (그림 2)과 같은 그래프로 재료의 응력-변형 곡선이라고합니다.
그것으로부터 많은 중요한 기계적 특성이 결정됩니다. 각 재료에는 자체 응력-변형 곡선이 있습니다. 예를 들어, 가장 많이 연구 된 것 중 하나는 연강 또는 저탄소 강이라고도하는 구조용 강철입니다. 건축에 널리 사용되는 재료입니다.
응력-변형 곡선은 적용된 하중에 따라 재료가 특정 거동을하는 독특한 영역을 가지고 있습니다. 정확한 모양은 상당히 다를 수 있지만 그럼에도 불구하고 아래에 설명 된 몇 가지 공통된 특성이 있습니다.
다음은 구조용 강철에 대한 매우 일반적인 용어에 해당하는 그림 2를 참조하십시오.
그림 2. 강철의 응력-변형 곡선. 출처 : Hans Topo1993에서 수정
탄성 영역
O에서 A까지의 영역은 응력과 변형이 비례하는 Hooke의 법칙이 유효한 탄성 영역입니다. 이 영역에서 재료는 응력을 가한 후 완전히 회복됩니다. 점 A는 비례 한계로 알려져 있습니다.
일부 재료에서는 O에서 A로가는 곡선이 직선이 아니지만 여전히 탄력적입니다. 중요한 것은 충전이 중단되면 원래 모양으로 돌아 간다는 것입니다.
탄성 플라스틱 영역
다음으로 A에서 B까지의 영역이 있는데,이 영역은 노력에 따라 변형이 더 빠르게 증가하여 둘 다 비례하지 않습니다. 곡선의 기울기가 감소하고 B에서 수평이됩니다.
지점 B에서 재료는 더 이상 원래 모양을 복구하지 않으며 해당 지점에서의 응력 값은 항복 응력의 값으로 간주됩니다.
B에서 C까지의 영역을 재료의 항복 또는 크리프 영역이라고합니다. 하중이 증가하지 않아도 변형이 계속됩니다. 심지어 감소 할 수도 있기 때문에이 상태의 재료는 완벽하게 플라스틱이라고합니다.
플라스틱 영역 및 골절
C에서 D까지의 영역에서 변형 경화가 발생하며, 여기서 재료는 분자 및 원자 수준에서 구조에 변화를 나타내므로 변형을 달성하기 위해 더 많은 노력이 필요합니다.
이러한 이유로 곡선은 최대 응력 σ max에 도달 할 때 끝나는 성장을 경험합니다 .
D에서 E까지 여전히 변형이 가능하지만 부하가 적습니다. 협착이라 불리는 표본 (시료)에 일종의 얇아 짐이 형성되어 결국 E 지점에서 골절이 관찰됩니다. 그러나 이미 D 지점에서 재료가 파손 된 것으로 간주 할 수 있습니다.
수율 노력을 얻는 방법?
재료 의 탄성 한계 L e 는 탄성을 잃지 않고 견딜 수있는 최대 응력입니다. 최대 힘 F m 의 크기 와 샘플 A의 단면적 사이의 몫으로 계산됩니다 .
L e = F m / A
국제 시스템에서 탄성 한계의 단위 는 응력이기 때문에 N / m 2 또는 Pa (파스칼)입니다. 점 A의 탄성 한계와 비례 한계는 매우 가까운 값입니다.
그러나 처음에 말했듯이 그것들을 결정하는 것은 쉽지 않을 수 있습니다. 응력-변형 곡선을 통해 얻은 항복 응력은 엔지니어링에 사용되는 탄성 한계에 대한 실제 근사치입니다.
응력-변형 곡선의 항복 응력
이를 얻기 위해 탄성 영역 (훅의 법칙을 준수하는 영역)에 해당하는 선과 평행하게 선이 그려 지지만 수평 스케일에서 약 0.2 % 또는 변형 인치당 0.002 인치 변위됩니다.
이 선은 그림 3과 같이 수직 좌표가 원하는 항복 응력 값인 σ y 로 표시된 지점에서 곡선과 교차 할 때까지 연장됩니다. 이 곡선은 다른 연성 재료 인 알루미늄에 속합니다.
그림 3. 알루미늄의 응력-변형 곡선. 실제로 항복 응력이 결정됩니다. 출처 : 자체 제작.
강철과 알루미늄과 같은 두 가지 연성 재료는 응력-변형 곡선이 다릅니다. 예를 들어, 알루미늄은 이전 섹션에서 볼 수있는 대략 수평 인 강철 섹션이 없습니다.
유리와 같이 깨지기 쉬운 것으로 간주되는 다른 재료는 위에서 설명한 단계를 거치지 않습니다. 파열은 상당한 변형이 발생하기 훨씬 전에 발생합니다.
유의해야 할 중요한 세부 정보
-원칙적으로 고려되는 힘은 의심 할 여지없이 시편의 단면적에서 발생하는 수정을 고려하지 않습니다. 이것은 시편의 변형이 증가함에 따라 면적 감소를 고려한 실제 응력을 그래프로 표시하여 수정 된 작은 오류를 유도합니다.
-고려되는 온도는 정상입니다. 일부 재료는 저온에서 연성이고 더 이상 연성이 아닌 반면, 다른 취성 재료는 고온에서 연성으로 작용합니다.
참고 문헌
- 맥주, F. 2010. 재료의 역학. McGraw Hill. 5 일. 판. 47-57.
- 엔지니어 에지. 항복 강도. 출처 : engineeredge.com.
- 크리프 스트레스. 출처 : instron.com.ar
- Valera Negrete, J. 2005. 일반 물리학에 대한 주. UNAM. 101-103.
- Wikipedia. 기다. 출처 : Wikipedia.com