Introducere

În inginerie, materialele sunt expuse la diferite tipuri de sarcini. Sarcinile la care pot fi supuse materialele pot fi enumerate ca tracțiune, compresie, încovoiere, forfecare sau torsiune. În același timp, aceste sarcini pot diferi static sau dinamic. Materialul poate trebui să reziste la una sau mai multe dintre aceste sarcini în același timp. În acest caz, este necesar să se știe ce material să se utilizeze în ce condiții. Pentru a grupa materialele, reacțiile lor la anumite sarcini sunt observate prin teste și, astfel, sunt dezvăluite proprietățile mecanice ale materialelor.

Testele pentru obținerea proprietăților de elasticitate pot fi separate în teste statice și dinamice. Pentru ca un test să fie static, forța trebuie să fie aplicată la o frecvență maximă de 1 Hz, în mod constant și o singură dată. În acest caz, tensiunea este constantă, iar raportul de alungire este mai mic de 0,25 în testul static. Încercările dinamice sunt utilizate pentru aceste tipuri de sarcini, deoarece încercările statice nu pot forma un model adecvat pentru sarcinile care se modifică brusc. În testele dinamice, sarcina este variabilă și se aplică o deformare sinusoidală probei. Aceste încercări pot fi efectuate și la temperaturi ridicate sau scăzute. Ca urmare a testelor dinamice, se obțin informații privind duritatea și amortizarea. Putem examina testele de oboseală ca o subramură a testelor dinamice. Sarcina este aplicată ciclic. Aceste încercări sunt efectuate cu cicluri de tracțiune-tracțiune, compresiune-compresiune sau compresiune-tracțiune inversă. Ca urmare a testului de oboseală, poate fi determinată durata de viață a materialelor. Rezistența la oboseală și rezistența la fisurare sunt, de asemenea, determinate cu ajutorul testului de oboseală.

 

Test de tracțiune

Încercarea la tracțiune este una dintre cele mai comune încercări în inginerie pentru a determina proprietățile de rezistență ale materialelor. Se efectuează pentru a determina proprietățile mecanice ale materialelor izotrope. Acest test se bazează practic pe aplicarea unei forțe de tracțiune pe epruvetă de pe fețe opuse, în aceeași direcție, și pe monitorizarea solicitării materialului până când materialul se rupe. Ca urmare a testului de tracțiune, se pot obține rezistența la curgere, rezistența maximă la tracțiune, ductilitatea, modulul Young, modulul de forfecare și raportul Poisson al materialului.

Curbe tensiuni - deformații

Curbe de tensiune și deformare

Tensiunea nominală de tracțiune aplicată materialului în timpul încercării este următoarea:

Unde F este forța de tracțiune și A_0 este aria secțiunii transversale sub tensiune. Iar deformația este definită ca;

Unde L_0 este lungimea inițială a specimenului și Δ_L este alungirea materialului după încercare.

Cu valorile obținute în urma testului, se obține curba tensiune-deformare. Această curbă relevă punctul de rupere al materialului, limita de curgere, rezistența maximă la tracțiune și condiția de fragilitate-ductibilitate. Un alt avantaj este acela că oferă informații indiferent de dimensiunile materialului.

Diagrama de mai sus prezintă curba tensiune-deformare a unui material fragil.

Pentru majoritatea curbelor, partea inițială este liniară. Valoarea rezistenței la curgere se obține pe curbă atunci când se trasează o curbă paralelă cu panta curbei din punctul în care alungirea în curba tensiune-deformare este 0,2%. Putem determina tensiunea maximă la care un material poate rezista fără deteriorare permanentă folosind limita de curgere. Până la acest punct, obiectul se află în regiunea elastică. După aceasta, materialul intră în zona plastică, unde forțele exercitate asupra sa provoacă deteriorări permanente.

Tensiunea de cedare

Panta liniei imaginare pe care o tragem pentru a găsi limita de curgere ne dă modulul lui Young, care este o proprietate importantă a materialului. Modulul lui Young se obține prin:

Următoarea ecuație reprezintă raportul lui Poisson, care este negativul raportului dintre deplasarea orizontală și deplasarea verticală:

Test

Majoritatea secțiunilor transversale ale epruvetelor utilizate în încercarea la tracțiune sunt prezentate în figură. Eșantioanele pot fi formate ca o foaie sau un cilindru.

Pot fi utilizate diferite tipuri de prindere în funcție de diverse materiale și niveluri de sensibilitate ale măsurătorilor. Fiecare metodă de prindere are avantaje și dezavantaje proprii.

Test de compresie

Testul de compresie demonstrează cum se comportă materialele atunci când sunt comprimate sau zdrobite. De obicei, testul durează până când substanța se rupe sau până la o limită predeterminată. Se calculează astfel sarcina pe care materialul o poate suporta înainte de rupere și gradul de degradare până la acest punct. Pentru a testa un material, acesta este adesea încălzit sau răcit și supus la mai multe direcții de forță de compresiune. Cu toate acestea, testele pot fi efectuate în condiții variate.

Materialele cu rezistență ridicată la tracțiune au în general o rezistență scăzută la compresiune. Din acest motiv, aceste materiale sunt examinate prin încercări de compresiune. Materialele pe care se efectuează cele mai multe încercări la compresiune sunt, în general, materiale fragile, de exemplu, materiale compozite, beton, lemn, metal și cărămidă; polimeri, materiale plastice și spume.

În urma testului de compresie se obține o curbă forță-deformare. Forța este apoi convertită în tensiune pentru a crea o curbă tensiune-deformare. Această curbă este foarte asemănătoare cu curba tensiune-deformare din testul de tracțiune. Numai că axele sunt în direcția care arată scurtarea.

Tensiune de compresie - % Deformare prin compresie

Calculele pentru încercarea de tracțiune sunt valabile și pentru încercarea de compresiune. stresul de compresiune este exprimat astfel;

Zdrobire

Zdrobirea este utilizată pentru a exprima cât de mult a fost scurtat materialul în timpul testului.

Exprimați zdrobirea.

Umflături

Umflarea este creșterea secțiunii transversale a materialului testat. Materialele ductile sunt mai predispuse la umflare. Ea este formalizată prin:

Test

Materialele fragile fac de obicei obiectul testelor de compresie. Caracteristicile de compresie ale spumelor rigide sunt furnizate de ISO 844 ca exemplu din standarde. Valorile și formele secțiunii transversale, valorile de temperatură-umezeală și rezultatele anticipate ale eșantioanelor sunt indicate în acest standard. Tensiunile sunt exprimate în kPa.

Valoarea elasticității la compresie în standard este după cum urmează:

Aici, σ_e, este forța la capătul regiunii elastice convenționale, h_0 este grosimea inițială a materialului, iar x_e este calea urmată de forța care generează tensiunea.

Următoarele sunt câteva dintre standardele elaborate pentru testele de compresie:

ASTM D575-91 - Metode standard de testare pentru proprietățile cauciucului în compresie

ASTM E9-19 - Metode standard de testare a compresiei materialelor metalice la temperatura camerei

TS EN ISO 14126 - Materiale plastice compozite ranforsate cu fibre - Determinarea proprietăților la compresiune în direcția în plan

 

Descrierea tehnicii

Evaluarea comportamentului mecanic al unei probe în condiții de tracțiune și compresiune poate fi efectuată pentru a furniza date de bază privind proprietățile materialelor, care sunt esențiale pentru proiectarea componentelor și evaluarea performanțelor de serviciu. Cerințele privind valorile rezistenței la tracțiune și compresiune și metodele de testare a acestor proprietăți sunt specificate în diferite standarde pentru o mare varietate de materiale. Încercările pot fi efectuate pe probe de material prelucrate sau pe modele în mărime naturală sau la scară ale componentelor reale. Aceste încercări sunt efectuate de obicei cu ajutorul unui instrument universal de testare mecanică.

Un test de tracțiune este o metodă de determinare a comportamentului materialelor supuse unei sarcini axiale de tracțiune. Încercările sunt efectuate prin fixarea epruvetei în aparatul de încercare și apoi aplicarea unei forțe asupra epruvetei prin separarea capetelor transversale ale mașinii de încercare. Viteza transversală poate fi modificată pentru a controla rata de deformare a epruvetei. Datele obținute în urma încercării sunt utilizate pentru a determina rezistența la tracțiune, rezistența la curgere și modulul de elasticitate. Măsurarea dimensiunilor epruvetei după încercare furnizează, de asemenea, reducerea suprafeței și valorile de alungire pentru a caracteriza ductilitatea materialului. Încercările la tracțiune pot fi efectuate pe multe materiale, inclusiv metale, materiale plastice, fibre, adezivi și cauciucuri. Testele pot fi efectuate la temperaturi subambientale și ridicate.

Un test de compresie este o metodă de determinare a comportamentului materialelor supuse unei sarcini de compresie. Încercările la compresiune sunt efectuate prin încărcarea epruvetei între două plăci și apoi prin aplicarea unei forțe epruvetei prin deplasarea împreună a capetelor transversale. În timpul încercării, epruveta este comprimată, iar deformarea în funcție de sarcina aplicată este înregistrată. Încercarea de compresie este utilizată pentru a determina limita elastică, limita proporțională, limita de curgere, rezistența la curgere și (pentru unele materiale) rezistența la compresiune.

 

Informații analitice

Rezistența la compresiune - Rezistența la compresiune este tensiunea maximă de compresiune pe care un material este capabil să o suporte fără a se fractura. Materialele fragile se fracturează în timpul încercării și au o valoare definită a rezistenței la compresiune. Rezistența la compresiune a materialelor ductile este determinată de gradul lor de deformare în timpul încercării.

Limita elastică - Limita elastică este tensiunea maximă pe care un material o poate suporta fără deformare permanentă după îndepărtarea tensiunii.

Alungire - Alungirea este cantitatea de extensie permanentă a unui specimen care a fost fracturat în cadrul unui test de tracțiune.

Module de elasticitate - Modulul de elasticitate este raportul dintre tensiune (sub limita proporțională) și deformație, adică panta curbei tensiune-deformație. Este considerat măsura rigidității sau a rigidității unui metal.

Limită proporțională - Limita proporțională este cea mai mare valoare a tensiunii pe care un material o poate atinge fără a se abate de la relația liniară a curbei tensiune-deformare, adică fără a dezvolta deformare plastică.

Reducerea suprafeței - Reducerea suprafeței este diferența dintre suprafața inițială a secțiunii transversale a unei epruvete de tracțiune și cea mai mică suprafață după fractură în urma încercării.

Întindere - Întinderea este cantitatea de modificare a dimensiunii sau formei unui material datorită forței.

Punct de randament - Punctul de curgere este tensiunea dintr-un material (de obicei mai mică decât tensiunea maximă realizabilă) la care se produce o creștere a deformării fără o creștere a tensiunii. Numai anumite metale au un punct de curgere.

Rezistența la cedare - Limita de elasticitate este tensiunea la care un material prezintă o abatere specifică de la o relație liniară tensiune-deformare. Pentru metale se utilizează adesea un offset de 0,2%.

Rezistența finală la tracțiune - Rezistența finală la tracțiune, sau UTS, este tensiunea maximă de tracțiune pe care un material o poate suporta fără să se rupă. Se calculează prin împărțirea sarcinii maxime aplicate în timpul încercării la tracțiune la suprafața secțiunii transversale inițiale a probei.

 

Aplicații tipice

Tensiune și compresie proprietățile materiei prime pentru compararea cu specificațiile produsului

Obținerea datelor privind proprietățile materialelor pentru modelarea prin elemente finite sau pentru proiectarea altor produse în vederea obținerii comportamentului mecanic și a performanțelor de serviciu dorite

Simularea performanțelor mecanice ale componentelor în exploatare

 

Exemplu de cerințe

Încercările standard la tracțiune asupra metalelor și materialelor plastice sunt efectuate pe epruvete special pregătite. Aceste probe pot fi probe cilindrice prelucrate sau probe plate (dogbone). Probele de încercare trebuie să aibă un raport specific între lungime și lățime sau diametru în zona de încercare (gabarit) pentru a produce rezultate repetabile și pentru a respecta standardul metoda de testare cerințe. Produsele tubulare, fibrele și firele pot fi testate la tracțiune în mărime naturală folosind dispozitive speciale care promovează prinderea optimă și localizarea defecțiunilor.

Eșantionul cel mai frecvent utilizat pentru încercarea la compresiune este un cilindru circular drept cu capete plate. Pot fi utilizate și alte forme, însă acestea necesită fixări speciale pentru a evita deformarea. Configurațiile speciale pentru testarea componentelor sau simularea serviciilor depind de mașina de testare specifică care urmează să fie utilizată.

Diferența dintre echipamentul de încercare la tracțiune și cel de încercare la compresiune

În cazul testelor de tracțiune, mașina de testare exercită o sarcină sau o forță de tensiune care îndepărtează probele de testare la tracțiune. În cazul încercării la tracțiune a materialelor plastice, proba de testare este îndepărtată pentru a măsura rezistența la tracțiune și alte proprietăți, inclusiv rigiditatea și limita de curgere. Există mai multe standarde industriale comune care oferă metode convenite de testare la tracțiune a materialelor plastice. ASTM D638 și ISO 527-2 prezintă geometrii și dimensiuni similare, dar diferite, ale probelor de testare standardizate. Aceste teste necesită dispozitive de prindere la tracțiune care trebuie să prindă proba și să se ajusteze pe măsură ce aceasta se subțiază în timpul procesului de testare. Aceste accesorii sunt diferite de dispozitivele de fixare prin compresie. 

În cazul testelor de compresie, aparatul de testare exercită o sarcină sau o forță de împingere sau de compresie pentru a strivi proba de testare până când aceasta se rupe sau se strivește. Încercările de compresie ale unui material din spumă structurală polimerică sunt reglementate de ASTM D1621 care specifică tipul de plăci de compresie și deflectometrul utilizat. Proba de încercare este plasată între plăcile de încercare la compresie până când structura celulară cedează sau se rupe.

O mașină de testare universală poate efectua teste de tracțiune și compresie sau ambele. Capul transversal poate fi utilizat pentru a trage sau a comprima proba de testare, care este situată între placa de bază și capul mobil.

Dispozitivele de încercare la tracțiune și senzorii de deformare (cunoscuți sub denumirea de extensometru) nu pot efectua încercări la compresiune. De asemenea, mânerele de tracțiune sunt special adaptate pentru a acoperi geometria și dimensiunile exacte ale epruvetei de încercare. Platformele de încercare la compresiune și deflectometrul sunt, de asemenea, capabile să efectueze numai o încercare la compresiune și, prin urmare, ambele seturi de accesorii sunt necesare în acest caz.

 

Dacă doriți mai multe informații despre acest produs, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați.