Hvordan påvirker forskellige prøvegeometrier resultaterne af trækprøvning?
Trækprøvningsresultater omfatter den ultimative trækstyrke, flydespænding, Young-modul, duktilitet og eksponenten for hærdning. Alle disse egenskaber kan beregnes ved hjælp af en universalprøvemaskine, der er udstyret med den rigtige styring, software, greb og tilbehør. Valget af greb kan variere afhængigt af materialetype, geometri og dimensioner. I mange tilfælde er prøvestørrelser og geometrier dikteret af ASTM-standarder.
Denne blog vil diskutere, om trækegenskaberne påvirkes, hvis det samme standardmateriale afprøves i forskellige geometrier eller dimensioner. Det korte svar er, at det afhænger af trækegenskaben og egenskaberne ved det materiale, der testes. For et givet tværsnitsareal og for enhver målerlængde har forskellige prøvegeometrier ingen effekt på standardmaterialers trækbrudstyrke og flydespænding. Forskellige mållængder og tværsnitsarealer vil dog have ændrende virkninger på visse egenskaber, som beskrives nedenfor.
1- Virkning af forskellige mållængder
Lad os sammenligne to prøveemner, der er fremstillet af det samme materiale, med to forskellige mållængder:
Figur 1. To hundeknogleprøver med forskellig mållængde
Prøve A mållængde > Prøve B mållængde
Når trækprøven påbegyndes, og prøve A eller prøve B trækkes, er belastningen ensartet langs mållængden indtil det punkt, hvor den maksimale kraft nås og indsnævring indtræder. Strækningen i hvert materiale er ensartet frem til dette punkt. Derefter begynder kraften at falde, som vist i nedenstående spændings-/forstrækningskurve, og reduktionen af arealet vil ikke længere være proportional med materialets strækningsmængde.
Figur 2. Formen af en duktil prøve ændrer sig under trækprøvning
Den indsnævrende region vil optage en meget større del af 1 tommer målerlængde af prøve B sammenlignet med den del, der optages på 2 tommer målerlængde af prøve A. Når prøven er afsluttet, og de to brud på prøveemnerne er sat sammen, vil den målte procentvise forlængelse af prøve B med den mindre målerlængde være større end den procentvise forlængelse af prøve A med den større målerlængde.
Sammenligning 1:
Procentvis forlængelse = ∆L/L0 x 100
Hvor:
- L0 er den oprindelige målerlængde
- ∆L er længdeændringen af den oprindelige målerlængde. Målt efter at prøven er brudt, og prøven er monteret sammen (se figur 2)
Da mållængden øges, falder den procentvise forlængelse.
2- Virkning af forskellige tværsnitsarealer
Denne gang har prøve A og prøve B, der er fremstillet af samme materiale, identiske mållængder; dog er tværsnitsarealet af prøve A større end tværsnitsarealet af prøve B. I lighed med konceptet med mållængden og den del, der er optaget af indsnævring, vil indsnævringsområdet optage en meget større del af det mindre tværsnitsareal af prøve B sammenlignet med den del, der er optaget på det større tværsnitsareal af prøve A.
Tværsnitsarealet af en prøve har en betydelig indvirkning på forlængelsesmålinger. Slankhedsforholdet måles ved målerlængden divideret med kvadratroden af tværsnitsarealet, og er derfor omvendt proportional med tværsnitsarealet.
Sammenligning 2:
Slankhedsforhold = L0/√A0
Hvor:
- L0 er den oprindelige målerlængde.
- A0 er prøvens oprindelige tværsnitsareal
Da slankhedsforholdet stiger, og tværsnitsarealet falder, falder den procentvise forlængelse.