Vad är utbytesstyrkan?

Anonim

Huruvida ett material är pliant eller envis kan man urskilja av något som kallas dess avkastningsstyrka. Den punkt vid vilken ett material upphör att vara elastiskt och blir permanent plast, den punkt som den ger upp, kallas dess utbytespunkt.

För en ingenjör är det absolut nödvändigt att studera egenskaperna hos ett material innan man går in i ett nytt projekt. Föreställ dig de fruktansvärda konsekvenserna om ingenjörerna som byggde Brooklynbron hade varit skamlöst okunniga och använde plast eller tegel istället för stål. Å andra sidan, om de flesta av dagens leksaker byggdes av stål och inte något så pliant som plast, skulle de ha varit omöjliga att forma till de mest excentriska formerna vi så älskar.

Huruvida ett material är pliant eller envis kan man urskilja av något som kallas dess avkastningsstyrka.

Stress-stamgrafen

Stress-Strain Curve.

Ursprungligen uppträder ett material, jämnt stål, som en elastik när den sträcker sig. När den elastiska gränsen är, är den påfrestning som orsakas av spänningen reversibel; Ja, materialet förlängs, men när stressen släpps, behåller den sin ursprungliga längd. Denna elasticitet är emellertid inte permanent. Överdriven stress kommer att deformera ett material permanent.

Att tillämpa större stress orsakar faktiskt bildandet av det som kallas en "nacke" längs deformationen. Nacken är analog med ostkornen som knappt håller skivan och resten av pizzaen tillsammans. En ännu större stress kommer också att bryta nacken - materialet leder slutligen till stressen och lider av en tragisk brott eller spricka.

Nacke och frakt.

Sträckgräns

Betonar så svårt kan orsaka permanenta deformationer.

Ett duktilt material som järn är inte permanent deformerat eftersom dess atomer "bryter", men eftersom den stress som utövas är övertygande nog för att övervinna sin gitter energi och störa materialets styva struktur. det räcker att bokstavligen förskjuta atomerna från dess kristaller. Detta fenomen kallas kristallin dislokation.

Plast deformeras lättare eftersom de underlättar förskjutningar lättare än duktila material gör. Det finns också spröda material, som absolut inte har koncept för avkastningsstress. Dessa material, när de utsätts för en stress som är större än avkastningsspänningen, som namnet antyder, genomgår inte någon övergång från elasticitet till plasticitet, utan direkt raster i stället.

Stress-stamkurvor av olika typer av material.

Slutligen, eftersom utbytesstyrkan hos ett material väsentligen bestämmer sin tolerans för spänning, insåg ingenjörer att de var tvungna att utforma kloka sätt att öka den. Ett sätt att göra detta är att lägga till föroreningar i materialet. Den förhöjda densiteten medför att materialet växer mer tolerant mot deformationer, eftersom föroreningarna kan fylla tomrummen kvar efter kristallina dislokationer. Legeringar som stål, som skapas genom att mata järn olika typer av föroreningar, är de bästa exemplen på sådan manipulation.

Ett annat sätt att uppnå en högre avkastningsstress är att manipulera materialet vid lägre temperaturer. Högre temperaturer lägger till stressen, eftersom värmeenergin orsakar att atomerna kraftigt jigglar och förskjuter. Med hälften av det arbete som redan har utförts kräver en yttre stress därför ännu mindre energi än materialets ursprungliga avkastningsspänning skulle ha krävt att orsaka förskjutningar och permanent deformation. Varför annars skulle du tro att vi måste slå medan järnet är varmt?