Jak różne geometrie próbek wpływają na wyniki próby rozciągania?
Wyniki próby rozciągania obejmują wytrzymałość na rozciąganie, granicę plastyczności, moduł Younga, plastyczność oraz wykładnik hartowania przy odkształcaniu. Wszystkie te właściwości można obliczyć stosując uniwersalną maszynę wytrzymałościową wyposażoną w odpowiedni sterownik, oprogramowanie, uchwyty i akcesoria. Wybór uchwytów może się różnić w zależności od rodzaju materiału, geometrii i wymiarów. W wielu przypadkach rozmiary i geometria próbek podyktowane są wymaganiami norm ASTM.
Na tym blogu omówimy wpływ na właściwości mechaniczne przy rozciąganiu tego samego materiału standardowego w różnych geometriach i wymiarach. Krótka odpowiedź brzmi: zależy to od właściwości rozciągania i charakterystyki badanego materiału. Dla danego obszaru przekroju poprzecznego i dla dowolnej długości próbki, różne geometrie próbek nie mają wpływu na wytrzymałość na rozciąganie i granicę plastyczności materiałów standardowych. Jednakże, różne długości pomiarowe i powierzchnie przekroju poprzecznego mają wpływ na zmianę niektórych właściwości, opisanych poniżej.
1- Wpływ różnych długości pomiarowych
Porównajmy dwie próbki wykonane z tego samego materiału o dwóch różnych długościach pomiarowych:
Rysunek 1. Dwie próbki typu dogbone o różnej długości pomiarowej
Próbka A długość pomiarowa > Próbka B długość pomiarowa
Po rozpoczęciu próby rozciągania i rozciągnięciu próbki A lub B, odkształcenie jest równomierne wzdłuż długości pomiarowej do punktu, w którym osiągana jest maksymalna siła i następuje początek szyjki. Rozciąganie w każdym materiale jest jednolite do tego momentu. Następnie siła zacznie spadać, jak pokazano na poniższej krzywej naprężenie-odkształcenie, a zmniejszenie powierzchni nie będzie już proporcjonalne do wielkości rozciągnięcia materiału.
Rysunek 2. Kształt próbki ciągliwej zmienia się podczas próby rozciągania
Obszar szyjki zajmie znacznie większą część 1-calowej długości pomiarowej próbki B w porównaniu do części zajmowanej na 2-calowej długości pomiarowej próbki A. Po zakończeniu próby i dopasowaniu do siebie dwóch pęknięć próbek, zmierzone procentowe wydłużenie próbki B o mniejszej długości pomiarowej będzie większe niż procentowe wydłużenie próbki A o większej długości pomiarowej.
Równanie 1:
Wydłużenie procentowe = ∆L/L0 x 100
Gdzie:
- L0 jest pierwotną długością pomiarową
- ∆L jest zmianą długości pierwotnej długości pomiarowej. Mierzona po pęknięciu próbki i dopasowaniu próbki do siebie (patrz rysunek 2)
Wraz ze wzrostem długości pomiarowej maleje wydłużenie procentowe.
2- Wpływ różnych pól przekroju poprzecznego
Tym razem próbka A i próbka B, wykonane z tego samego materiału, mają identyczne długości pomiarowe; jednak pole przekroju poprzecznego próbki A jest większe niż pole przekroju poprzecznego próbki B. Podobnie jak w przypadku długości pomiarowej i części zajmowanej przez szyjkę, obszar szyjki będzie zajmował znacznie większą część mniejszej powierzchni przekroju poprzecznego próbki B w porównaniu do części zajmowanej na większej powierzchni przekroju poprzecznego próbki A.
Przekrój poprzeczny próbki ma znaczący wpływ na pomiar wydłużenia. Współczynnik smukłości mierzony jest długością pomiarową podzieloną przez pierwiastek kwadratowy z pola przekroju poprzecznego, a więc jest odwrotnie proporcjonalny do pola przekroju poprzecznego.
Równanie 2:
Współczynnik smukłości = L0/√A0
Gdzie:
- L0 jest pierwotną długością pomiarową.
- A0 jest oryginalnym polem przekroju poprzecznego próbki
Wraz ze wzrostem współczynnika smukłości i zmniejszeniem pola przekroju poprzecznego maleje procentowe wydłużenie.
.