Miten erilaiset koekappaleiden geometriat vaikuttavat vetokokeen tuloksiin?
Vetokoetuloksiin kuuluvat murtovetolujuus, myötölujuus, Youngin moduuli, sitkeys ja venymiskovettumisen eksponentti. Kaikki nämä ominaisuudet voidaan laskea käyttämällä yleistestauskonetta, joka on varustettu oikealla ohjaimella, ohjelmistolla, kahvoilla ja lisävarusteilla. Kahvan valinta voi vaihdella materiaalityypin, geometrian ja mittojen mukaan. Monissa tapauksissa koekappaleiden koot ja geometriat määräytyvät ASTM-standardien mukaan.
Tässä blogissa käsitellään sitä, vaikuttavatko veto-ominaisuudet, jos samaa standardimateriaalia testataan eri geometrioilla tai mitoilla. Lyhyt vastaus on, että se riippuu veto-ominaisuudesta ja testattavan materiaalin ominaisuuksista. Tietyn poikkileikkauspinta-alan ja minkä tahansa mittapituuden osalta erilaisilla näytegeometrioilla ei ole vaikutusta standardimateriaalien murtovetolujuuteen ja myötölujuuteen. Erilaisilla mittapituuksilla ja poikkipinta-aloilla on kuitenkin muuttavia vaikutuksia tiettyihin ominaisuuksiin, jotka kuvataan jäljempänä.
1- Erilaisten mittapituuksien vaikutus
Vertaillaan kahta koekappaletta, jotka on valmistettu samasta materiaalista ja joilla on kaksi erilaista mittapituutta:
Kuva 1. Erilaisten mittapituuksien vaikutus. Kaksi dogbone-näytettä, joilla on erilainen mittapituus
Näytteen A mittapituus > Näytteen B mittapituus
Kun vetokoe aloitetaan ja näytettä A tai näytettä B vedetään, venymä on tasainen mittapituutta pitkin siihen pisteeseen asti, jossa saavutetaan maksimivoima ja alkaa kaulaantuminen. Kummankin materiaalin venymä on tasainen tähän pisteeseen asti. Tämän jälkeen voima alkaa laskea, kuten alla olevasta jännitys-venymäkäyrästä käy ilmi, eikä pinta-alan pieneneminen ole enää verrannollinen materiaalin venymän määrään.
Kuva 2. Materiaalin venymä. Taipuisan näytteen muoto muuttuu vetokokeen aikana
Sulkeuma-alue vie paljon suuremman osan koekappaleen B 1 tuuman mittauspituudesta verrattuna koekappaleen A 2 tuuman mittauspituudesta vievään osaan. Kun testi on päättynyt ja näytteiden kaksi murtumaa on sovitettu yhteen, näytteen B mitattu prosentuaalinen venymä pienemmällä mittapituudella on suurempi kuin näytteen A prosentuaalinen venymä suuremmalla mittapituudella.
Yhtälö 1:
Prosenttinen venymä = ∆L/L0 x 100
Jossa:
- L0 on alkuperäinen mittapituus
- ∆L on alkuperäisen mittapituuden pituusmuutos. Mitataan sen jälkeen, kun koekappale murtuu ja koekappale on sovitettu yhteen (ks. kuva 2)
Mittarin pituuden kasvaessa prosentuaalinen venymä pienenee.
2- Erilaisten poikkipinta-alojen vaikutus
Tällä kertaa koekappaleilla A ja B, jotka on valmistettu samasta materiaalista, on identtiset mittarin pituudet; kuitenkin koekappaleen A poikkipinta-ala on suurempi kuin koekappaleen B poikkipinta-ala. Samoin kuin mittapituuden ja kauluksen viemän osan kohdalla, kauluksen alue vie paljon suuremman osan koekappaleen B pienemmästä poikkileikkauspinta-alasta verrattuna koekappaleen A suuremmasta poikkileikkauspinta-alasta vievään osaan.
Koekappaleen poikkileikkauspinta-alalla on merkittävä vaikutus venymän mittauksiin. Hoikkuusuhde mitataan mittauspituudella jaettuna poikkipinta-alan neliöjuurella, joten se on kääntäen verrannollinen poikkipinta-alaan.
Yhtälö 2:
Hoikkuusuhde = L0/√A0
Jossa:
- L0 on alkuperäinen mittauspituus.
- A0 on näytteen alkuperäinen poikkipinta-ala
Kun limityssuhde kasvaa ja poikkipinta-ala pienenee, prosentuaalinen venymä pienenee.