|
درباره وبلاگ  باسلام خدمت تمامی بازدید کنندگان گرامی این وبلاگ را جهت ارتقاء دادن علم مهندسی سازه به ویژه سازه های بتنی ساخته ام وامیدوارم ازاین وبلاگ استفاده کافی راببرید. آخرین مطالب آرشيو وبلاگ پيوندها
نويسندگان
مهندسی عمران وبلاگ شخصی متعلق به مهندس مهدی اشکبوس
کليات: فولاد يکي از مهمترين مصالح ساختماني است و پي بردن به مشخصات و کنترل کيفيت آن قبل از بکارگيري، از اهميت بسياري در بالا بردن درجه قابليت اطمينان (Reliability) ساختمان برخوردار است. در اغلب کارخانجات توليد فولاد و صنايع فولادي براي تعيين جنس فولاد، حد گسيختگي کششي آن را در نظر ميگيرند. بالطبع دقيق‌ترين روش تعيين اين مقدار انجام آزمايش کششي ميباشد.
هدف از آزمايش: منظور از آزمايش كشش تعيين حد ارتجاعي و تاب گسيختگي فلزات مختلف ميباشد. همچنين با اين آزمايش ميتوان به ضريب ارتجاعي فلزات دست يافت. ميدانيم كه ضريب مذكور در حد تناسب از اين رابطه پيروي مي‌كند:
كه در آن مقدار نيرو در واحد سطح مقطع نمونه () و تغيير طول نسبي نمونه ميباشد ().
اثر تنش كششي بر اجسام:
بطور كلي فلزات را ميتوان به دو دسته شكننده يا ترد (Brittle) و نرم (Ductile) تقسيم كرد. تفاوت اين دو دسته در ساختمان ذرات آنها ميباشد. ساختمان ذرات شكننده طوريست كه مقاوت به لغزش ذرات آنها بر روي هم بيش از نصف مقاومت جدا شدن ذراتشان ميباشد. در فلزات نرم، ذرات با مقاومت زياد بهم چسبيدهاند ولي مقاومت به لغزش آنها روي هم كم است. به همين علت هنگامي كه تحت كشش قرار گيرند قبل از اينكه تنش منجر به جدا شدن ذرات از هم بشود، ذرات روي هم لغزيده، مقطع قطعه باريك ميشود و به اين ترتيب فلز گسيخته ميشود. چنانكه در دايره مور ديده ميشود، در حاليكه تنش كششي وجود داشته باشد، ماكزيمم برش روي مقطعي است كه تحت زاويه 45 درجه نسبت به راستاي تنش كششي قرار دارد. روي همين اصل است كه در مورد فلزات نرم ضريب اطمينان را بر حسب تئوري ماكزيمم برش پايهگذاري ميكنند، اين امر در مورد فلزات نرم قابل قبول ميباشد. رابطه بين نيروي كششي و تغيير طول:
رابطه بين نيروي كششي يا تنش كششي (با فرض سطح مقطع اوليه) با تغيير طول نسبي متوسط (با فرض طول اوليه) يك منحني است مانند شكل زير، كه داراي يك قسمت خطي است محدود به نيروي کششي Pp يا تنش كششي كه موسوم به حد تناسب است. در اين ناحيه رابطه بين ازدياد طول با نيروي كششي خطي است. در عمل حد تناسب را، که براي فولاد نرم برابر حد ارتجاعي است، براي ساير مواد برابر تنش نقطهاي در منحني ميگيرند كه تغيير شكل ماندگار در آن نقطه برابر 001/0 درصد ميباشد. حد ارتجاعي يكي از مشخصههاي اصلي مصالحي نظير فولاد است.
پس از حد ارتجاعي، رابطه بين نيروي كششي و تغيير طول يا تنش و تغيير طول نسبي، خطي نبوده بصورت منحني است كه در مورد بعضي از اجسام مانند آهن و فولاد نرم به صورت تقريباً افقي در ميآيد، يعني بدون افزايش نيرو، تغيير شكل افزوده ميشود. اين پديده را جاري شدن و تنش مربوطه را حد جاري شدن مينامند. براي بعضي از فولادها، پله جاري شدن مشخص نيست، در اينجا تنش يا نيروي كششي مربوط به حد ارتجاعي را مقداري در نظر ميگيرند كه تغيير طول نسبي دائمي به ازاي آن، برابر 2/0 درصد طول اوليه ميباشد. در مورد اين نوع فولادها نيز چون حد تناسب و حد ارتجاعي بسيار به يكديگر نزديك ميباشند، آنها را برابر ميگيرند:
اگر بار را باز هم افزايش بدهيم، فلز دوباره مقاوم شده و ازدياد طول آن به ازاي ازدياد نيروي كششي انجام ميپذيرد. اين پديده را سخت شدن مجدد فولاد يا سختگرايي مينامند. افزايش نيرو و تغيير شكل همچنان ادامه مييابد تا اينكه نيروي كششي به Pu و يا تنش كششي به برسد. در اين لحظه نقطهاي از فولاد كه احياناً ضعيفتر است باريك و مقدار تنش در اين مقطع بيشتر ميگردد و بالاخره ميله در اين مقطع گسيخته ميشود. به اين پديده اصطلاحاً Striction Necking ميگويند.
چنانکه در شکل بالا ديده ميشود منحني پس از گذشتن از بطرف پايين ميآيد و بازاي نيروي کششي و تنش گسيختگي گسيخته ميشود. علت اين است که ما تنش را با سطح مقطع اوليه سنجيده‌ايم و چون در موقع گسيخته شدن فکهاي ماشين نيروي کمتري وارد ميکنند پس مقدار تنش گسيختگي که به طريق فوق محاسبه ميشود از مقدار کمتر ميباشد.
اگر درباره توزيع ازدياد طول در نمونه مطالعه کنيم در مي‌يابيم که اين ازدياد طول بطور يکنواخت در تمام طول نمونه انجام نشده بلکه قسمت اعظم آن در مجاورت مقطع گسيختگي ايجاد شده است. اين تحقيق را ميتوان با علامت‌گذاري به فاصله‌هاي مناسب روي نمونه تحت کشش انجام داد.
ميزان ازدياد طول يک نمونه آزمايش شده را معمولاً با درصد ازدياد طول مشخص مي‌سازند. به اين ترتيب که اگر دو قسمت گسيخته شده نمونه‌اي بطول l را پهلوي هم بگذاريم و طول آن را اندازه بگيريم درمي‌يابيم نسبت به حالت اوليه به اندازه تغيير يافته و از آنجا:
درصد ازدياد طول
رابطه تنش کششي واقعي و تغيير طول نسبي واقعي در يک مقطع:
هرگاه ميزان نيروي کششي در هر لحظه را به سطح مقطع ميله در همان لحظه تقسيم کنيم تنش کششي حقيقي بدست ميآيد. البته اين مقدار براي حد ارتجاعي و حد جاري شدن، به علت کوچک بودن تغييرات سطح مقطع ميله تقريباً برابر مقدار ميباشد (A0سطح اوليه ميله است). ولي براي مرحله نزديک گسيختگي چون ميله در اين موقع باريک شده و تغييرات سطح مقطع زياد است تنش کششي حقيقي تفاوت زيادي با مقدار تنش محاسبه شده به طريق قبلي دارد. با اندازهگيري قطر مقطع به ازاي هر نيروي معيني به خصوص در لحظات گسيختگي ميتوان تنش کششي واقعي را بدست آورد.
مقدار تغيير طول نسبي متوسط که به طريق قبلي بدست ميآيد بسيار تقريبي است، زيرا اولاً در مراحل اوليه بارگذاري مقدار تغيير طول را به طول اوليه تقسيم مي‌کنيم و اين خود يک خطاي کوچک است. چون در اين مرحله هم تمام ميله تغيير شکل يکنواخت نداده است، مثلاً قسمتي از ميله که داخل گيره ماشين ميباشد ممکن است اصلاً تغيير شکل ندهد. ثانياً در مراحل گسيختگي مقدار تغيير طول کل را به طول کل ميله تقسيم مي‌کنيم در صورتي که منطقه باريک شده تغيير طول نسبي بيشتري دارد تا نقاط ديگر و يا به عبارت ديگر اين مقدار در طول ميله ثابت نمي‌باشد. براي پيدا کردن مقدار دقيق تغيير طول نسبي به طريق زير عمل مي‌کنيم:
فرض مي‌کنيم قطعه‌اي از ميله مورد آزمايش به طول اوليه l0 باشد و پس از وارد کردن بار بطور تدريجي طول آن به l1 برسد. در يک لحظه غير مشخص که طول ميله l است (l0 < l < l1) به علت اضافه کردن نيروي کششي به اندازه dP مقدار dl به طول آن اضافه ميگردد بنابراين مقدار تغيير طول نسبي در اين لحظه برابر با dl/l ميشود، پس مقدار کل تغيير طول نسبي ميله در ناحيه بطول اوليه l0 برابرست با:
از طرف ديگر ميدانيم که مطابق قانون پواسن مقدار حجم ميله ثابت مي‌ماند، يعني l1A1=l0A0 پس که در آن A1 , A0 سطح مقطع ميله در دو حالت اوليه و نهايي است.
پس مقدار تغيير طول نسبي واقعي را ميتوان به صورت عبارت زير در آورد:
D1 , D0 قطر مقطع ميله در دو حالت اوليه ونهايي است. بنابراين براي يک نقطه غير مشخص از ميله مورد آزمايش با در دست داشتن D1 , D0 ميتوان دقيقاً مقدار تغيير شکل نسبي واقعي را بدست آورد.
چنانکه ديده ميشود اين مقدار به هيچ وجه بستگي به طول اوليه l0 و يا طول نهايي l1 ندارد، بنابراين در مورد مقطع گسيخته شده با فرض کوچک بودن l0 ميتوان مقدار تغيير طول نسبي حقيقي را با اندازهگيري قطر مقطع مزبور دقيقاً محاسبه کرد.
پديده باريک شدگي موضعي يک عضو کششي:
يک ميله يکنواخت که بر آن کشش محوري وارد شده را در نظر ميگيريم و توزيع تنش روي سطح مقطع ميله يکنواخت فرض ميشود. بعد از آغاز سيلان خميري، حجم ميله تقريباً ثابت مانده و افزايش طول با کاهش سطح مقطع ميله جبران ميگردد. اگر کاهش اتفاقي بسيار کوچکي در مساحت يک مقطع اختياري ميله را در حالي که مساحت ساير مقاطع تغييري نکند، مورد مطالعه قرار دهيم، چون نيروي کششي در تمام مقاطع يکسان است بنابراين مقدار تنش در مقطع کوچکتر، کمي بيش از ساير نقاط ميله ميباشد. اين مطلب باعث ايجاد تغيير شکل خميري بيشتري در حوالي اين مقطع و در نتيجه کاهش مساحت آن در مقايسه با ساير مقاطع ميگردد.
ناپايداري اين سلسله حوادث و بالاخره باريک شدن محل مذکور بستگي به ميزان سخت شدن ماده ميله دارد. اگر افزايش در مقدار تغيير شکل نسبي، ماده را به اندازه کافي سخت نمايد، سيلان پلاستيک در اين مقطع شدت يافته و باريک شدن رخ ميدهد.
ازدياد طول گسيختگي گاهي براي فولاد نرم به بيش از 30% هم ميرسد و براي فولادهاي ساختماني معمولي حدود 20 تا 24 درصد است. در فولادهاي سخت اين نسبت بين 7 تا 10 درصد ميباشد. فولادهاي سخت که به حالت سرد اصلاح شده‌اند، بدون ظهور پديده باريک‌شدگي موضعي، در کشش گسيخته ميشوند. علت اين تفاوت رفتار فولادها را ميتوان در ساختار داخلي متفاوت آنها جستجو کرد. در فلزات نرم، ذرات با مقاومت زياد به هم چسبيدهاند ولي مقاومت در مقابل لغزش روي يکديگر، در آنها کم ميباشد. به همين علت هنگامي‌که اين فلزات تحت کشش قرار ميگيرند، قبل از اينکه تنش منجر به جدا شدن ذرات از هم شود، ذرات لغزيده و مقطع باريک ميشود.
مطالعه باريک شدن ميله کششي:
براي مطالعه اين موضوع فرض مي‌کنيم منحني « تنش حقيقي (نيروي کشش لحظه‌اي بر سطح مقطع لحظه‌اي) ـ تغيير طول نسبي متوسط (نسبت به طول اوليه)» در دست باشد. عضو کوچکي به طول L0 از ميله را در نظر ميگيريم که در اثر نيروي کششي F سطح مقطعش از A0 به A1 کاهش يافته و طولش به اندازه افزايش يافته باشد. پس:
تغيير طول نسبي متوسط تنش حقيقي
اگر در سيلان خميري، تغيير حجم صفر فرض شود، خواهيم داشت:
حالا اگر اثرات ناشي از يک تغيير کوچک در را بررسي کنيم، ميزان تغيير در مساحت لحظه‌اي با مشتق‌گيري از رابطه بالا بدست ميآيد:
و اما را ميتوان چنين بدست آورد:
و از آنجا:
براي بررسي ميزان تغيير F از رابطه مقابل استفاده ميگردد:
و يا
اگر مقدار باشد لازمه تغيير طول خميري بيشتر عضو، افزايش مقدار نيروي کششي محوري است. علاوه بر اين اگر براي کليه مقادير مثبت باشد تابع F يک تابع صعودي از تغيير شکل نسبي ميباشد، يعني هرچه تغيير طول نسبي عنصر بيشتر ميشود نيروي بيشتري جهت ادامه يافتن تغيير طول لزوم پيدا ميکند. اگر فرض کنيم که ميله از تعداد بسيار زيادي از چنين عناصري ساخته شده، ملاحظه ميگردد که براي تغيير شکل نسبي در عناصري که دچار تغيير شکل نسبي کوچکتري شده‌اند متمرکز ميگردد. بنابراين اگر بر حسب اتفاق، يکي از عناصر دچار تغيير شکل نسبي بيشتري از مجاورين خود گردد، تا زماني که مقدار تغيير شکل نسبي در بقيه عناصر کوچک است، اين عنصر در ازدياد طول شرکت نمي‌کند. بنابراين وقتي مثبت است توزيع تغيير شکل نسبي يکنواخت پايدار ميباشد يعني انحراف از توزيع يکنواخت با ادامه تغيير شکل ميله کاهش مييابد.
از طرف ديگر اگر منفي باشد تابع نزولي بوده و تغيير طول نسبي يکنواخت، ناپايدار است. در اين حالت اگر بر حسب اتفاق تغيير شکل نسبي عنصري بيش از ساير عناصر ميله گردد، نيروي لازم براي ادامه سيلان آن کوچکتر ميشود. در نتيجه کليه ازدياد طول ميله در اين عنصر متمرکز گرديده و باريک شدن رخ ميدهد و ادامه ازدياد طول، نيروي محوري را کاهش ميدهد. بدين ترتيب در حاليکه تغيير شکل نسبي موضعي افزايش يافته و مساحت بخش باريک شده کاهش مييابد، از بقيه عناصر ميله باربرداري ميگردد. (منحني ترسيمي بوسيله ماشين به همين دليل در قسمت انتهايي خود به طرف پايين خم ميشود). مرز بين پايداري و ناپايداري يکنواختي توزيع کرنش و يا به عبارت ديگر لحظه شروع باريک شدن با شرط مشخص ميگردد. اين شرط به اين ترتيب بيان ميشود:
تحت اين شرط تغيير شکل نسبي ميتواند بدون تغيير در مقدار نيروي کششي بطور موضعي افزايش يابد. در اين حالت ميله، حامل حداکثر نيرويي که قادر به تحمل آن است يعني Fmax ميباشد (در آزمايش، اين نيرو بوسيله عقربه ثابت ماشين نشان داده ميشود). مقدار «مقاومت کششي» يا تاب کششي ميله ناميده ميشود.
در صورت معلوم بودن منحني تنش حقيقي ـ کرنش متوسط، نقطهاي را که در آن شرط ارضا ميشود را ميتوان به ترتيب زير بدست آورد (شکل زير):
نقطه B را که در سمت چپ به فاصله واحد از مرکز مختصات واقع شده در نظر ميگيريم. شيب مماس BP بر منحني تنش حقيقي ـ تغيير شکل نسبي متوسط برابر ميباشد. بنابراين نقطه P نشان دهنده لحظه شروع باريک شدن است. در ضمن فاصله OC برابر تاب کششي است؛ زيرا از تشابه مثلثها نتيجه ميشود:
تاب کششي
شکل منحني‌هاي نيرو ـ تغيير شکل نسبي براي فولادهاي مختلف:
نحوه گسيختگي براي فلزات و آلياژها مختلف متفاوت است. در فلزات شکننده در اثر کشش، تغيير شکل در تمام طول ميله ايجاد شده و حد مشخصي براي رفتار ارتجاعي مشهود نيست. در اين نوع فلزات هر قدر نيرو را زياد کنيم تغيير شکل هم بطور مستقيم زياد ميشود تا حدي که به گسيختگي فلز منجر ميشود و اين گسيختگي بطور ناگهاني بوده و تقريباً بدون تغيير شکل دائم انجام ميگيرد.
در فلزات نرم وقتي که تنش به نزديکي حد جاري شدن برسد تغيير شکل خميري شروع شده، يکي از مقاطع که به علتي ضعيفتر بوده است شروع به باريک شدن ميکند و مقاومت آن هم به همين دليل بيشتر کاهش مييابد. به عبارت ديگر مقاومت قطعه از ماکزيمم خواهد گذشت، هر گاه سرعت انجام تغيير شکل خميري نمونه از سرعت کشش ماشين کمتر شود قطعه گسيخته خواهد شد.
در آلياژهاي فولاد هر قدر درصد کربن زيادتر باشد فلز حاصل سخت‌تر و شکننده‌تر است. در صورتي که آهن خالص (بدون کربن) فلزي است بسيار نرم و قابل تغيير شکل.
دياگرام متداول و دياگرام واقعي تنش ـ تغيير شکل:
شکل مقابل يک نمونه از دياگرام متداول تنش ـ تغيير شکل نسبي را در مورد فولاد نرم به نمايش ميگذارد.
چنانکه از شکل منحني پيداست منحني در قسمت آخر نزول کرده است و نقطهd که فولاد به تنش گسيختگي خود ميرسد نقطه ماکزيمم تنش منحني نيست در صورتي که تنش گسيختگي بايد بيشترين مقدار تنش موجود در نمونه در طول بارگذاري باشد. از اينجا نتيجه ميگيريم که شکل مورد بحث تنش واقعي حد گسيختگي را نشان نميدهد.
اگر تنش‌ها را در لحظات مختلف آزمايش، خارج قسمت بار بر سطح حقيقي در آن لحظه در نظر بگيريم دياگرامي بدست ميآيد که دياگرام واقعي کشش ميباشد. در شکل بالا اين دياگرام بصورت خط‌چين به نمايش گذاشته شده است. شکل اين دياگرام با دياگرام واقعي قدري فرق دارد، بخصوص براي آلياژهاي نرم که تقليل قابل ملاحظهاي دارند، منحني بعد از عبور از بار حداکثر بطرف پايين متمايل و هميشه گسيختگي در نقطهاي با تنش واقعي بيشتر از تنش مربوطه رخ ميدهد. بر طبق اين روش تنش واقعي عبارت است از که A سطح مقطع مينيمم قطعه در هر لحظه است.
اصولا در فلزات شکننده اين دو دياگرام بر هم منطبق هستند. در فلزات نرم هم چنانکه ديده ميشود تا تغيير شکلها ودر نتيجه کاهش مقطع کوچک است، دو دياگرام بر هم منطبق هستند و از نقطه b به بعد تنش اول و تنش واقعي از هم جدا ميشوند.
فولادهاي اصلاح شده:
شکل مقابل نشان ميدهد که اگر نمونه فلزي را تا نقطهاي بعد از حد ارتجاعي آن بارگذاري کرده سپس شروع به باربرداري کنيم بازگشت منحني تنش ـ تغيير شکل نسبي بر روي منحني اوليه نبوده بلکه روي خطي مانند BB' که خط راستي موازي OA (منحني ارتجاعي بارگذاري) است انجام ميپذيرد. وقتي که کاملاً بار را برداريم در فلز يک تغيير طول به اندازه OB' خواهيم داشت. اگر اين فلز را مجدداً بارگذاري کنيم اين بار حد ارتجاعي بيشتري را نشان داده و خط BB' منطقه ارتجاعي منحني بارگذاري را تشکيل ميدهد.
مشاهده پديده فوق فکر اصلاح فولاد را بوجود آورده است. به اين ترتيب که سعي کردهاند به طريقي حد ارتجاعي فولاد را بالا ببرند و در نتيجه کريستال‌هاي فولاد را در برابر لغزش مقاوم‌تر نمايند. اولين تلاش‌ها براي اصلاح ميلگردهاي فولادي از طريق کشش بينتيجه ماند زيرا نتايج حاصل از کشش جنبه موضعي داشته و نمونه بطور يکنواخت در تمام طول تقويت نميشد.
امروزه فولادها را به روشهاي مختلف زير اصلاح ميکنند:
1) استفاده از کشش و پيچش بطور همزمان:
ميله فولادي استوانهاي يا منشوري را ميپيچانند و بطور همزمان تحت کشش نيز قرار ميدهند و در آن تغيير شکل ماندگار ايجاد ميکنند. نکته اصلي اين روش اين است که اصلاح فولاد در تمام طول قطعه بطور يکنواخت صورت ميگيرد.
2) کشش سرد:
با عبور دادن ميلگرد از بين بالشتک‌ها وغلتک‌ها در شرايط خاص، تمام طول به کشش واداشته شده و تغيير شکل ماندگار کششي در تمام طول آن بوجود ميآورند. همچنين در اثر تماس با غلتک‌ها، فرورفتگيهاي کوچکي در رويه ميلگرد پديدار ميشود که ميتواند به پيوستگي آن با بتن کمک نمايد.
3) نورديدن سرد وکنگرهدار کردن:
ميلگرد گرم نورد شده را مجدداً با نوردهاي خاص و به حالت سرد نورد مينمايند و در سطح آن فرورفتگي و برآمدگيهايي به وجود ميآورند. در اثر اين تغييرات که مستلزم تغيير شکل سه محوري فولاد است، فولاد سخت شده و مشخصات مکانيکي آن بالا مي‌رود. کنگره‌ها (يا دندانه‌ها) به افزايش پيوستگي ميلگرد با بتن کمک ميکند.
دستورالعمل انجام آزمايش کشش روي فولاد:
در ماشين‌هاي آزمايش معمولاً دو قسمت مجزا وجود دارد، يکي قسمت توليد کننده نيرو و ديگري قسمت اندازهگيري نيرو. بهتر است اين دو قسمت از هم جدا باشند تا اگر در دستگاه‌هاي نيرو عيبي رخ داد اين عيب به دستگاه‌هاي اندازهگيري سرايت نکند.
قسمت مهم ديگر دستگاه کشش، گيره‌هاي آن ميباشد که نيروي اندازهگيري شده را به نمونه انتقال ميدهد. لغزيدن نمونه درون گيره يا عدم جاگيري صحيح نمونه در گيره (که باعث ايجاد خمش در نمونه ميشود) در نتايج آزمايش اثرات نامطلوبي بجاي ميگذارد. گيره‌هاي اغلب ماشين‌هاي آزمايش از نوع گره‌اي ميباشند.
اين ماشين داراي دو فک ميباشد که دو سر نمونه در گيره‌هاي گوهاي آن قرار ميگيرد. فک بالايي ثابت بوده و فک پاييني متحرک است.
نيروي کششي که به نمونه وارد ميشود از طريق شاهين‌هايي به صفحه مدرج منتقل ميشود. اين صفحه که بر حسب بار مدرج شده، داراي عقربهاي است که يکي بر حسب ميزان بار حرکت کرده و عقربه ديگر که به موتور وصل نيست در جهت عقربههاي ساعت با عقربه اول حرکت ميکند. وقتي بار از روي دستگاه برداشته ميشود عقربه اول روي صفر برمي‌گردد ولي ميتوان از روي عقربه دوم مقدار بار را خواند.
در انتهاي اهرم، چهار وزنه جاي دارد که ميتوان تمام يا بعضي از آنها را روي محور جاي داد. چنانچه تمام وزنهها برداشته شوند حداکثر نيروي کششي وارده يک تن است و هرگاه از دو وزنه استفاده شود حداکثر نيروي وارده 5 تن و با استفاده از 4 وزنه نيروي کششي وارده 10 تن ميباشد. بدين صورت ميتوان از 3 رديف درجه بندي روي صفحه که براي 1 و 5 و10 تن ميباشد بسته به مورد استفاده کرد.
مشخصات نمونه:
براي آزمايش کشش معمولاً در مورد قطرهاي بالاي 10 ميلي‌متر از نمونه 40 سانتي‌متري استفاده ميشود.
ميلگردهاي با قطر بالا را معمولاً به وسيله تراشکاري به قطر دلخواه (حدوده 12 ميلي متر) در ميآورند. طول منطقه تراشکاري شده بايد حتي‌المقدور بيش از طول مبنا باشد. طول مبنا که ازدياد طول نسبي روي آن اندازهگيري ميشود براي ميلگردهايي که قطرشان از 10 ميلي‌متر بيشتر است برابر 20 سانتي‌متر است ولي آزمايش کشش روي نمونه‌هاي با قطر کمتر از 10 ميلي‌متر هم انجام ميپذيرد که در اين مورد ازدياد طول نسبي روي طولي مساوي 10 برابر قطر ميلگرد تعيين ميگردد. به عبارت ديگر طول مبنا براي اين نمونه‌ها 10 برابر قطر ميلگرد است.
روش انجام آزمايش:
طولي مساوي 10 سانتي‌متر به وسيله سمبه نشان با ضربه چکش روي نمونه مشخص مي‌کنيم و سعي مي‌کنيم اين طول تقريباً در وسط نمونه باشد. نمونه را بين فکهاي ماشين محکم مي‌نماييم. يک دوربين را که فاصله دو فک آن 5 سانتي‌متر است روي ميله نصب مي‌کنيم و عدد 10 آن را بر خط سياه نشانه منطبق مي‌نماييم. سپس به وسيله فلکه دستي اعمال نيروي کششي را بر نمونه شروع مي‌کنيم. سپس به ازاي هر افزايش 1 درجه روي دوربين، نيرو را از روي صفحه مدرج مي‌خوانيم. البته صفحه مدرج در ابتدا داراي يک مقدار اوليه است. هر درجه دوربين ميلي‌متر افزايش طول قطعه‌اي به طول 5 سانتي‌متر را نشان ميدهد. بنابراين ميتوان افزايش طول نسبي نمونه 5 سانتي‌متري را به ازاي افزايش نيرو بدست آورد. بارگذاري را ادامه مي‌دهيم تا زماني که ناظر، شاهد افزايش سريع درجات دوربين باشد. در اين لحظه نيروي وارده حد ارتجاعي را نشان ميدهد؛ زيرا در حد ارتجاعي بدون افزايش نيرو ازدياد تغيير شکل خواهيم داشت.
پس از رسيدن به حد ارتجاعي باربرداري مي‌کنيم و سپس دوباره بارگذاري مي‌کنيم و مانند بار اول ادامه مي‌دهيم و اعداد را در جدولي يادداشت مي‌کنيم و اين کار را براي بار سوم نيز تکرار مي‌کنيم. همان‌طور که در پيش گفته شد اين کار سبب افزايش حد ارتجاعي فولاد ميشود. پس از مرحله سوم، فلکه دستي را آنقدر مي‌چرخانيم تا ميله گسيخته شود و نيروي گسيختگي را از روي صفحه مدرج مي‌خوانيم و در مرحله بعد براي فولاد آجدار اصلاح شده نيرو را با الکترومتر وارد کرده و مانند فولاد ساده حد ارتجاعي و حد گسيختگي را يادداشت مي‌کنيم. اين نحوه انجام آزمايش اجازه ميدهد:
1) ضريب ارتجاعي در بارگذاري را ارزيابي کنيم.
2) حد ارتجاعي را بدست بياوريم.
3) تاب کششي را بدست آوريم.
4) درصد کوچک شدن مقطع را پيدا کنيم.
5) ازدياد طول نسبي گسيختگي را تعيين کنيم.
نکات زير در انجام آزمايش بايد مورد توجه قرار گيرد:
1) براي يافتن تنش متعارف در هر نقطه و رسم منحني تنش ـ تغيير شکل نسبي ميلگرد احتياج به دانستن سطح مقطع داريم. اگر ميلگردها آجدار باشند به وسيله کوليس قطر آنها را نمي‌توانيم اندازه بگيريم لذا از رابطه زير استفاده مي‌کنيم:
2) از آنجا که مي‌خواهيم ماشين، منحني نيرو ـ تغيير شکل نسبي را رسم نمايد نمونه نبايد در فکهاي ماشين بلغزد. از اين جهت براي يافتن دقيق بار گسيختگي برحسب منخني نيرو ـ تغيير شکل حتي المقدور نمونه‌هايي را به کار مي‌برند که انتهاي آنها پهن‌تر است و به تدريج باريک ميشوند و در وسط، قطر آنها يکنواخت ميشود.
3) سرعت آزمايش: منحني نيرو ـ تغيـير شکـل نسبي، تابع طرز ازدياد نيروي F ميباشد. چنانچه مقدار نيروي F با سرعت زياد شود حد گسيختگي بيشتري بدست خواهد آمد. علت اينست که اغلب اجسام در مقابل نيروهايي که در مدتي کوتاه بر آنها وارد ميشود بهتر مقاومت مينمايند و بر عکس چنانچه نيرو بتدريج زياد شود تغييرشکل نيز تدريجاً انجام شده و تاب گسيختگي کمتري بدست خواهد آمد. پس براي اينکه نتيجه آزمايش يک فلز هميشه يکسان باشد لازم است که مدت و طرز ازدياد نيروي F معلوم باشد که آزمايش کشش آيين‌نامه ASTM پنج راه را پيشنهاد ميکند که هر کدام از درجه دقت معيني برخوردار است. (رجوع شود به ASTM-E861T)
چنانچه در شرح آزمايش در بکارگيري هيچ يک از اين روش‌ها تأکيد مخصوص نشده باشد ميتوان تا نيمه تنش تسليم يا تنش گسيختگي هر کدام که کوچکتر بودند نيرو را با هر سرعتي که براي آزمايش کننده مناسب است، وارد کرد ولي پس از آن حتماً بايد سرعت در محدوده مشخص شده باشد. به همين دليل است که در قسمت دوم آزمايش از الکتروموتور استفاده مي‌کنيم.
تعيين نقطه تنش تسليم از طريق حرکت عقربه ساعت صورت ميگيرد. که اين بخش در قسمت توضيحات ماشين ارائه گرديد.
تاب گسيختگي را از تقسيم بار حداکثر وارده به نمونه بر سطح مقطع اوليه آن بدست ميآورند.
ازدياد طول نمونه را پس از گسيختگي با کنار هم قرار دادن و جور کردن دقيق دو تکه نمونه و اندازهگيري فاصله بين نشانههايي که قبلاً روي نمونه گذارده شده بود، بدست ميآورند. ازدياد طول با زياد شدن طول مبنا افزايش مييابد، به اين دليل اين ازدياد طول بصورت درصدي از طول اصلي مبنا بيان ميشود. در گزارش مقدار ازدياد طول، هم بايد درصد ازدياد طول و هم طول مبنا ذکر شود.
تعيين سطح مقطع ميله: با پهلوي هم گذاشتن نمونه گسيخته شده وجور کردن آنها و اندازهگيري قطر در کوچکترين مقطع با همان دقت اندازهگيري، قطر اوليه تعيين ميشود.
محاسبه ضريب ارتجاعي (E): در قسمت خطي منحني تنش ـ تغيير شکل نسبي ميتوان از رابطه که به قانون هوک معروف است، براي تعيين مقدار E استفاده نمود.
نتايج آزمايش بارگذاري براي فولاد ساده
| ||||||||||||||||||||||||||
تبادل
لینک هوشمند
<-PollName->
خبرنامه وب سایت:
آمار
وب سایت:
