قوة العائد مقابل قوة الشد: المقاييس الرئيسية في ميكانيكا المواد
يعد فهم المصطلحات المختلفة المستخدمة لتحديد المعادن أمرًا ضروريًا لتنفيذها بشكل صحيح في مكوناتك. قوة العائد وقوة الشد هما من أهم الخصائص الفيزيائية ، ولكن ما هاتين المصطلحين وما هو الفرق بينهما؟
تشير قوة العائد إلى النقطة التي تتوقف عندها المادة بشكل مرن (مؤقتًا) وتبدأ في تشوه بلاستيكي (بشكل دائم) عند تعريضه للإجهاد.
التشوه المرن هو عندما يتم ثني المادة أو تمتد أو ملتوية أو مضغوطة ثم يعود إلى شكله الأصلي بعد إزالة الحمل. تشوه البلاستيك هو تشوه دائم ، حيث يتم تغيير شكل مكون أو مادة بعد تطبيق قوة.
غالبًا ما يتم استخدام قوة العائد لتحديد قوة المادة لأنه ، في معظم الحالات ، بمجرد تشوه المكون ، لم يعد وظيفيًا. فيما يتعلق بالخصائص الميكانيكية ، تعد قوة العائد واحدة من أهم الخصائص عند تحديد مادة لمشروع أو مكون.
ما هي قوة الشد؟
قوة الشد ، التي غالباً ما يتم اختصارها كـ UTS ، هي مقياس لمقدار الإجهاد الذي يمكن للمادة تحمله قبل الانهيار. بالنسبة للصلب ، يكون هذا عادةً 130-140 ٪ من قوة العائد.
ليست نقطة UTS هي النقطة التي تنكسر فيها المادة ، بل هي النقطة التي تتغير فيها السلالة في المادة من التشوه الموحد العالمي إلى التشوه الموضعي ، والذي يتجلى على أنه تمتد وتضييق المكون (إذا فشل في التوتر).
ما هو الفرق بين قوة العائد وقوة الشد؟
قوة العائد هي النقطة التي تبدأ فيها المادة في تشويه بلاستيكي ، مما يعني أنها تنحني أو تمتد ، في حين أن قوة الشد هي الحد الأقصى للضغط الذي يمكن للمادة تحمله.
في حين أن كلا العاملين مهمان ، إلا أن قوة العائد أكثر شيوعًا عند تحديد مواد للمكونات. وذلك لأنه بمجرد أن تتجاوز المادة نقطة تشوه البلاستيك ، لم يعد من الممكن استخدامها. عادةً ما يتم التأكيد على المكون المصمم جيدًا فقط إلى 50 ٪ من قوته في الخدمة ، اعتمادًا على التطبيق وعامل السلامة الخاص به.
هل قوة الشد أعلى من قوة العائد؟
في مواد مثل الفولاذ الطري ، تكون قوة العائد حوالي 30-40 ٪ أقل من قوة الشد ، ولكن هذا ليس صحيحًا بالنسبة لجميع المعادن. في مواد هشة مثل الفولاذ الكربوني العالي ، تكون قوة الشد أعلى قليلاً من قوة العائد لأن المادة تفتقر إلى المحونة وبالتالي لا تتشوه كثيرًا قبل الانهيار.
كيف يتم قياس قوة العائد وقوة الشد؟
قوة الشد وقوة العائد هي ضغوط هندسية تقاس كقوة لكل وحدة مساحة ، وعادة ما يكون بالجنيه لكل بوصة مربعة (PSI) في أمريكا الشمالية وفي Pascals أو Megapascals في النظام الدولي. الاختبارات الموحدة شائعة ، باستخدام عينات اختبار مسطحة أو مستديرة.
يقوم اختبار هيدروليكي أو من النوع المسمار بتمديد العينة أثناء تسجيل الإجهاد والسلالة المتمرسة. معظم المعادن المتجانسة لها علاقة إجهاد خطية حتى نقطة قوة العائد.
ما هي قوة العائد للمواد الشائعة؟
تعتمد قوة المادة بشكل كبير على عناصر السبائك المحددة التي تحتوي عليها. فيما يلي بعض الأمثلة على نقاط قوة العائد والشد للمواد الهندسية الشائعة:
| مادة | قوة العائد (MPA) | قوة الشد (MPA) |
|---|---|---|
| الألومنيوم | 35 | 90 |
| نحاس | 69 | 200 |
| النحاس | 75 | 300 |
| الصلب منخفض الكربون | 355 | 490 |
| 1095 الصلب الكربون العالي | 800 | 1270 |
| 304 الفولاذ المقاوم للصدأ | 241 | 586 |
| الموليبدينوم | 565 | 655 |
كما ترون ، فإن مواد الدكتايل مثل الألومنيوم والنحاس لها فجوة كبيرة بين عائدها وقوة الشد ، في حين أن مواد هشة مثل فولاذ أدوات الكربون العالي لها عكس ذلك.
حقائق حول قوة الشد
تونغستن لديه أعلى قوة شد من جميع المعادن ، في حوالي 980 ميجا باسكال.
بعض المعادن الدكتايل للغاية ، مثل الذهب ، لها قوة غلة أعلى من قوة الشد لأنها الرقبة عند ضغوط أقل ولكن يمكن أن تمتد أكثر بكثير من المعادن مثل الصلب.
على الرغم من أن حرير العنكبوت لديه قوة شد فقط 1.5 GPA ، إلا أنه أقوى خمس مرات من الفولاذ بالوزن.
