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Trazione esperimento di prova Una proprietà del materiale che è ampiamente utilizzato e riconosciuto è la resistenza di un materiale. Ma che cosa significa la parola "forza" significa? "Forza" può avere molti significati, quindi diamo uno sguardo più attento a ciò che si intende con la forza di un materiale. Prenderemo in esame un esperimento molto semplice che fornisce un sacco di informazioni sulla forza o il comportamento meccanico di un materiale, chiamato la prova di trazione. L'idea di base di una prova di trazione è di disporre un campione di un materiale tra due dispositivi chiamati "grip" che bloccano il materiale. Il materiale è noto dimensioni, come la lunghezza e sezione trasversale. Abbiamo poi iniziare ad applicare peso al materiale afferrato ad una estremità, mentre l'altra estremità è fissata. Continuiamo aumentando il peso (spesso chiamato il carico o la forza), mentre allo stesso tempo la misurazione della variazione di lunghezza del campione. Prova di trazione Si può fare un test molto semplificata a casa. Se si dispone di un modo per appendere una estremità del materiale da un punto solido che non si muove, allora si può appendere pesi all'altra estremità. Misurare la variazione di lunghezza, mentre l'aggiunta di peso fino a quando la parte inizia ad allungare e infine rompe. Il risultato di questa prova è un grafico del carico (quantità di peso) rispetto spostamento (equivale allungato). Poiché la quantità di peso necessaria per stirare il materiale dipende dalla dimensione del materiale (e naturalmente le proprietà del materiale), il confronto tra materiali può essere molto impegnativo. La possibilità di effettuare un confronto può essere molto importante per qualcuno progettare per applicazioni strutturali in cui il materiale deve resistere certe forze. Aree di sezione trasversale Abbiamo bisogno di un modo di essere in grado di confrontare direttamente diversi materiali, rendendo il & ldquo; resistenza & rdquo; riportiamo indipendente dalle dimensioni del materiale. Possiamo farlo semplicemente dividendo il carico applicato al materiale (peso o forza) per l'area iniziale della sezione trasversale. Abbiamo anche dividere l'importo si muove (spostamento) per la lunghezza iniziale del materiale. Questo crea ciò materiale scienziati riferiscono come lo stress ingegneria (carico diviso per l'area iniziale della sezione trasversale) e deformazione tecnica (spostamento diviso per lunghezza iniziale). Osservando l'ingegneria risposta sforzo-deformazione di un materiale possiamo confrontare la resistenza dei materiali differenti, indipendentemente dalle loro dimensioni. Per utilizzare la risposta allo stress-strain per la progettazione di strutture, possiamo dividere il carico vogliamo dallo stress ingegneristica per determinare l'area della sezione trasversale necessaria per poter tenere quel carico. Per esempio, 1/8 & rdquo; diametro 4340 filo di acciaio può contenere una piccola auto. Ancora, non è sempre così semplice. Abbiamo bisogno di capire i diversi significati di & ldquo; resistenza & rdquo; o stress ingegneria. Ora diventa più complicato. Cerchiamo di dare un'occhiata a ciò che si intende con i diversi valori di resistenza e guardare anche in altre proprietà importanti che possiamo ottenere da questo semplice test. Il modo più semplice è quello di esaminare un grafico della sollecitazione di ingegneria contro sforzo di ingegneria. Di seguito si riporta un grafico di una prova di trazione per un tondino di acciaio comune filettata, fornendo un buon esempio di una prova di trazione per metalli. Le unità di sforzo di ingegneria sono ksi, che sta per mille libbre per pollice quadrato. Nota il riferimento all'area nelle unità. Le unità di sforzo sono naturalmente senza unità, dal momento che stiamo dividendo distanza dalla distanza. Grafico Località 1: Regione elastico Cerchiamo di discutere alcune delle aree più importanti del grafico. Innanzitutto, il punto sul grafico etichettato numero 1 indica la fine della regione elastica della curva. Fino a questo punto, il materiale si estende in maniera elastica e reversibile. Tutti i materiali sono costituiti da un insieme di atomi. Elasticità può essere meglio compreso da formazione immagine atomi sono collegati da molle. Come abbiamo tirare sul materiale, le molle tra gli atomi si allungano e il materiale allunga. La porzione elastica della curva è una linea retta. Una linea retta indica che il materiale tornerà alla sua forma originale quando il carico viene rimosso. Grafico Località 2: 0,2% Yield Offset Forza La parte successiva della curva di interesse punto 2. A questo punto la curva ha iniziato a piegarsi, o non è più lineare. Questo punto è noto come la resistenza allo snervamento di offset 0,2%. Indica la resistenza del materiale così come inizia a cambiare definitivamente forma. Si è determinato come valore della tensione che ha una linea della stessa pendenza della porzione iniziale (regione elastica) della curva che viene compensato da un ceppo di 0,2% o un valore di 0,002 ceppo interseca la curva. Nel nostro esempio, il carico di snervamento di offset 0,2% è un 88 ksi. Questo è un aspetto molto importante della forza. E 'in sostanza ci dice la quantità di stress si può applicare prima che il materiale inizia a cambiare in modo permanente la forma, mettendolo su un percorso di eventuale fallimento. Chi progetta le parti che vengono utilizzati in condizioni di stress deve vedere che lo stress o la forza da parte non supera questo valore. Grafico Posizione 3: massima sollecitazione Resistere-able Come ci muoviamo dal punto 2 del carico o & quot; lo stress & quot; sul materiale aumenta fino a raggiungere un massimo sforzo applicato, mentre il materiale si deforma o cambia forma uniforme lungo l'intera lunghezza calibro. Quando raggiungiamo il punto 3, possiamo determinare la resistenza alla trazione o sollecitazione massima (o caricare) il materiale può sostenere. Non è una proprietà molto utile, poiché il materiale è permanentemente deformato a questo punto. Dopo si raggiunge questo punto, la tensione comincia a curvare drasticamente il basso. Ciò corrisponde alla deformazione localizzata, che si osserva da un notevole "necking" o riduzione del diametro e della corrispondente sezione trasversale del campione all'interno di una regione molto piccola. Se rilasciamo il carico in questo settore, il materiale sarà primavera un po 'indietro, ma sarà comunque subire un cambiamento di forma permanente. Grafico Posizione 4: guasto o di rottura Infine, come seguiamo la curva che alla fine raggiungere un punto in cui le interruzioni di materiali o fallisce. Di interesse qui è il grado finale a cui il materiale cambia forma. Questa è la "duttilità" del materiale. Si è determinato dall'intersezione della linea numero 4, avente la stessa pendenza della porzione lineare della curva, con l'asse ceppo. Il nostro esempio mostra un ceppo di 0,15. Il cambiamento 15% in lunghezza è la quantità di "duttilità". Quando le fratture del campione o interruzioni il carico viene rilasciato. Pertanto, gli atomi elasticamente tese torneranno alle loro posizioni non caricati. Altre informazioni sulla risposta meccanica di un materiale può anche essere raccolti da un test di frattura. Le prove di trazione & mdash; Compositi Se si tira su un materiale fino a quando si rompe, si può scoprire un sacco di informazioni sui vari punti di forza e comportamenti meccaniche di un materiale. In questo esperimento virtuale esamineremo il comportamento a trazione di tre diversi materiali compositi in fibra. Hanno usi simili ma molto differenti proprietà. Procedura Un materiale viene serrato ad entrambe le estremità da un apparato, che tira lentamente longitudinalmente sul pezzo fino fratture. La forza di trazione viene chiamato un carico, che viene tracciata contro il cambiamento lunghezza del materiale, o spostamento. Il carico viene convertito in un valore di tensione e lo spostamento viene convertito in un valore di tensione. Sui materiali prova dei materiali sono la fibra di vetro compositi, Kevlar® e fibre di carbonio. Compositi sono combinazioni di due o più materiali individuali con l'obiettivo di produrre un materiale avente proprietà uniche che non si trovano in un singolo materiale. Tutti questi compositi utilizzano epossidica come matrice, che "colle" del tessuto come disposizione delle fibre dei rispettivi materiali. Epossidici sono polimeri termoindurenti rete, che sono molto duro e forte, ma sul lato fragile. Tutti i tessuti sono dello stesso "peso", che è una misura della dimensione o del peso del tessuto una iarda quadrata. Un esempio di materiale in fibra in fibra di vetro è mostrato in alto a sinistra. Kevlar è molto simile eccetto che ha un colore giallo. Il carbonio ha un colore nero. I campioni utilizzati in questo caso sono barre piatte ritagliate di materiale più grande utilizzando una sega a getto d'acqua. I tre campioni sono mostrati in basso a sinistra. Proprietà dei materiali
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