الفرق بين مقاومة الانحناء وحد العدالة المرنة

مقدمة

تُسمى قوة التحمل أيضًا بحد التحمل، والضغط عند التحمل يُسمى حد التحمل، بوحدة MPa. قوة التحمل هي خاصية جوهرية للمادة، وتدل على القيمة الحرجة للضغط عندما تصل المادة إلى نقطة التحمل. وتُستخدم غالبًا لتحديد الحمولة القصوى المسموح بها للأجزاء الميكانيكية.

لا يُسمح لجميع الأجزاء الميكانيكية بالخضوع للتشوه البلاستيكي، لذلك تعد قوة التحمل أساسًا مهمًا لتصميم الهندسة واختيار المواد.

أَثْمَر

التحمل هو الظاهرة التي يزداد فيها الانفعال دون زيادة الضغط. عندما تتجاوز القوة الخارجية على عينة معدنية حد الاسترخاء للمادة، رغم أن الضغط لم يعد يزيد، إلا أن العينة لا تزال تخضع لتشوه بلاستيكي واضح.

القوة

القوة تشير إلى قدرة المادة على مقاومة التشوه البلاستيكي تحت التأثيرات الخارجية.

المرونة

المرنة تشير إلى القدرة على عدم إحداث تشوه دائم. عندما يتغير جهد المولد فوق الصوتي، يتغير أيضًا قوة الإخراج للمولد، مما يجعل الاهتزاز الميكانيكي للمحول فوق الصوتي غير مستقر، مما يؤدي إلى أداء عمل سيء. لذلك، يُطلب توفير قوة إخراج مستقرة، ويتم ضبط المضخم من خلال إشارة رد الفعل للطاقة لاستقرار مضخم الطاقة. يعمل المحول بكفاءة واستقرار أكبر عند التردد الارتجاجي. يمكن أن يتغير التردد الارتجاجي للمحول بسبب التركيب أو التقادم. إذا انحرف التردد فقط ولم يتغير بشكل كبير، يمكن لإشارة تتبع التردد التحكم في مولد الإشارة لحفظ تردد مولد الإشارة ضمن نطاق معين من التردد الارتجاحي للمحول، مما يسمح للمولد بالعمل في أفضل حالة.

الزمن المطلوب لجزيئ في الوسط للارتجاج ذهابًا وإيابًا مرة واحدة عند الموقع المتوازن يُسمى الفترة، ويُرمز لها بـ T وحدتها هي الثواني (s);

عدد مرات اكتمال الارتجاج للجسيم داخل ثانية واحدة يُسمى التردد، ويُرمز له بـ f وحدته هي "دورة/ث"، والمعروفة أيضًا بهيرتز (Hz).

الفترة والتردد لهما علاقة متبادلة، كما هو معبّر عنه بالصيغة التالية: f = 1 / T. العلاقة بين الطول الموجي (λ) للموجة الصوتية في الوسط والتردد هي: c = λf. حيث أن c هي سرعة الصوت، m/s؛ λ هو الطول الموجي، وf هو التردد، Hz.

التشوه المرن

المادة تتعرض للتشوه تحت تأثير القوة الخارجية وتعود إلى شكلها الأصلي بعد إزالة القوة الخارجية. هذا التشوه الذي يختفي عندما تختفي القوة الخارجية يُسمى التشوه المرن.

التشوه البلاستيكي

عندما يتجاوز الحمل على المادة نطاق التشكيل المرن، سيحدث تشوه دائم. أي أن التشوه الذي لا يمكن استعادته بعد إزالة الحمل يُسمى التشكيل البلاستيكي.

أسباب التشوه بين الاثنين تختلف:

التشوه البلاستيكي: ستكون هناك عيوب مختلفة في البنية الذرية للحبيبة. نتيجة وجود الانزياحات، يكون من السهل على الذرات في البلورة أن تتحرك طول خطوط الانزياح بعد تعرضها للقوة، مما يقلل من مقاومة التشكل للبلورة. من خلال نقل حركة الانزياحات، يؤدي الانزلاق إلى انزلاق جزء من الحبيبة لتكوين شريط انزلاق، ويتجمع العديد من هذه الشرايين لتصبح تشوهًا مرئيًا.

التشوه المرن: عندما يتعرض الجسم لقوة خارجية، فإنه يتشوه. إذا أزيلت القوة الخارجية، يمكن للجسم استعادة شكله وحجمه الأصليين بالكامل.

العوامل المؤثرة على التشكيل البلاستيكي

1. التصلب بالعمل: يؤدي التشوه البلاستيكي إلى انتشار الانزياحات، وزيادة كثافة الانزياحات، والتداخل بين الانزياحات في اتجاهات مختلفة. يتم عرقلة حركة الانزياحات، مما يسبب تصلب المعدن أثناء العمل. يمكن أن يزيد التصلب بالعمل من الصلابة والقوة ومقاومة التشوه للمعدن، بينما يقلل من اللدونة، مما يجعل التشوه البارد اللاحق صعبًا.

2. الإجهاد الداخلي: تكون توزيع التشوه البلاستيكي في جسم المعدن غير متساوٍ، لذلك بعد إزالة القوة الخارجية، لن يكون التعافي المرنة لكل جزء متطابقًا تمامًا، مما يتسبب في حدوث إجهادات داخلية متوازنة متبادلة بين أجزاء جسم المعدن، وهي الإجهادات المتبقية. تقلل الإجهادات المتبقية من استقرار الأبعاد للقطع وتزيد من ميل التآكل بالإجهاد.

3. التropic: بعد تشكيل المعدن بشكل بلاستيكي في الحالة الباردة، تظهر طبقات الانزلاق أو طبقات التوأم داخل الحبوب. يمتد كل حبة أيضًا ويتلوى على اتجاه التشوه. تكون القوة والمرونة والمتانة في اتجاه التشوه أعلى من تلك في الاتجاه العرضي. عند تشوه المعدن في الحالة الساخنة، بسبب إعادة التبلور، سيتباين اتجاه الحبوب عن اتجاه التشوه بمقدار معين.

4. إعادة التبلور والاستعادة: بعد معالجة إعادة التبلور، يتم القضاء تمامًا على تشوه الحبوب الناتج عن التشوه البارد والتصلب الناتج عن العمل، والتوترات المتبقية وما إلى ذلك.

حد الاسترخاء

الإجهاد الأقصى الذي لا يسبب فيه المادة تشوه دائم (التشوه البلاستيكي) يُسمى الحد المرن. إنه أيضًا نقطة التحول للمادة من النطاق المرن إلى التشوه البلاستيكي. يعكس الحد المرن النطاق الأقصى لتشوه المادة المرن.

قوة الشد

تحت الظروف الشدّية (بعد أن تتنازل المادة)، الإجهاد الأقصى الذي يمكن للعينة تحمله قبل الكسر يُسمى قوة الشد، وهي القيمة الحرجة لانتقال المادة من التشوه البلاستيكي الموحد إلى التشوه البلاستيكي المركّز محليًا.

قوة الشد تعكس قدرة المادة على مقاومة الكسر والتلف. كلما كانت قوة الشد أكبر، كانت قدرة المادة على مقاومة الكسر أكبر.

بالنسبة للأجزاء ذات متطلبات التشوه المنخفضة، ليس هناك حاجة للاعتماد على قوة الاستسلام لضبط تشوه المنتج. عادةً ما تُستخدم قوة الشد كأساس للتصميم واختيار المواد.

المرونة

اللدونة تشير إلى قدرة المادة على تحمل التشوه اللدائن الأقصى قبل الكسر. التمدد وانخفاض المساحة هي مؤشرات قياس شائعة الاستخدام.

معدل التمدد: δ=(L1-L)/L*100%

L 1: طول العينة بعد الكسر.

L: الطول الأصلي للعينة.

انخفاض المساحة: ψ=(AA1)/A*100%

A 1: أصغر مساحة عرضية عند كسر العينة.

A: المساحة العرضية الأصلية.

كلما زاد التمدد وانخفاض المساحة، كانت اللدونة أفضل للمادة. بالمقارنة بين الاثنين، فإن انخفاض المساحة يشير إلى أن اللدونة أقرب إلى الانفعال الحقيقي لأن الانكماش مستقل عن طول العينة.

اللدونة الجيدة هي شرط ضروري لمعالجة المواد المعدنية. في الوقت نفسه، توفر المادة درجة معينة من اللدونة مما يمكن أن يزيد من موثوقية أجزاء الآلة ويمنع كسرها فجأة.