De Spannings-Rek Curve Ontcijferen: Essentiële Inzichten Voor Materiaalingenieurskunde

Zonder te weten hoe een materiaal reageert op trekking, of hoeveel het ervan kan nemen, kunnen uw geëngineerde producten en structuren falen en u met vragen achterlaten. Een geweldige manier om dit te voorkomen is via een spannings-rek curve grafiek die een visuele verklaring biedt van de kwaliteiten van een materiaal en hoe het zal reageren op diverse stressoren. We zullen precies uitleggen hoe de grafiek werkt en hoe u het kunt lezen in dit artikel.

Wat Is Spanning?

Er zijn veel typen spanning, maar wanneer het aankomt op het type waar ingenieurs werken om te ontdekken, is de eenvoudigste definitie de hoeveelheid kracht die wordt toegepast op een dwarsdoorsnede-oppervlak. Dit weten geeft u een begrip van hoeveel een materiaal kan aan voordat het breekt of barst. De formule om het uit te rekenen is te zien hieronder:

1. 𝜎 = spanning
2. F = toegepaste kracht
3. A = dwarsdoorsnede-oppervlak

Om meer te leren, zie ons artikel over Spanning.

Wat Is Rek?

Hoewel spanning en rek vaak samen besproken worden, is de laatste de vervorming die een materiaal ondergaat vergeleken met zijn oorspronkelijke afmetingen. Het is een ander berekenbaar referentiepunt dat essentieel is om ingenieurs een materiaal echt te laten kennen, en het beste idee te geven van wanneer een structuur of item van een specifiek materiaal zal breken. Rek is een voorbeeld van een dimensieloze waarde (aangezien beide getallen in de formule lengtes zijn), en de formule ziet er zo uit:

1. ε = rek
2. Lf = finale lengte na de vervorming
3. L0 = oorspronkelijke of startlengte

Om meer te leren, zie onze complete gids over Rek.

Wat Is De Spannings-Rek Curve?

Nu gaan we kijken naar het meten van de spannings-rek curve en welke soorten informatie eruit kunnen worden gehaald. In de productie van vandaag zijn er veel machines die al het meten voor u doen. Deze curves worden meestal gecreëerd door een moderne trektestmachine, en de genoemde grafieken worden gestandaardiseerd door ASTM International onder een paar categorieën—E8 voor metalen en D638 voor plastics. U kunt verwachten dat tests en metingen om deze curve te creëren zoiets als dit zullen zijn:

• U of de operator zal een testmateriaal met de juiste afmetingen bemachtigen of creëren.
• Dan bevestigt u het testmateriaal aan de kaken van de testmachine.
• De machine zal dan een trekkingbelasting op het materiaal plaatsen en die belasting verhogen totdat het materiaal breekt.
• Zodra dit gebeurt, zal de machine de spanning en rek waarden noteren op basis van die metingen.

Waarom Zijn Spannings-Rek Curves Belangrijk?

De spannings-rek curve is belangrijk omdat het ingenieurs in staat stelt om snel verschillende van de meest kritieke en fundamentele mechanische eigenschappen van elk materiaal te bepalen. Een enkele trekkingstest kan een spannings-rek grafiek produceren, wat dan de volgende eigenschappen van een materiaal toelaat te verkrijgen:

1. Young's modulus
2. Opgavekracht
3. Uiteindelijke treksterkte
4. Duktiliteit
5. Poisson's ratio

Hoe Worden Spannings-Rek Curves Gegenereerd?

Spannings-rek curves worden automatisch gegenereerd door moderne trektestmachines. Deze machines monitoren en registreren continu de kracht die op een testmonster wordt toegepast en de hoeveelheid vervorming die het ervaart als resultaat van die belasting. De meest gebruikte testmethoden voor trekkingstesten en het creëren van gestandaardiseerde spannings-rek curves zijn die uitgegeven door ASTM International. ASTM E8 standaardiseert trekkingstesten voor metallische materialen terwijl ASTM D638 trekkingstesten voor plastic materialen standaardiseert. De stappen om een spannings-rek curve te creëren worden beschreven in de lijst hieronder:

1. Bereid het testmonster voor tot de vereiste afmetingen.
2. Monteer het testmonster in de kaken van de trektestmachine.
3. Pas een continu toenemende trekkingbelasting toe op het monster totdat het breekt.
4. De trektestmachine zal de spanning en rek die door het testmonster wordt ervaren registreren op basis van metingen van kracht toegepast door de belastingcel en verplaatsing van de kaken die het teststuk vasthouden.

Wat Zijn De Verschillende Manieren Om Spanning En Rek Te Meten?

Er zijn twee typen die u op de spannings-rek curve vindt, engineering spanning en rek, en ware spanning en rek.

1. Engineering Spanning En Rek

Het eerste type (engineering) wordt ook nominale spanning en rek genoemd en wordt berekend zonder rekening te houden met de heel kleine details van plastische vervorming. Het is een gemakkelijke manier om waarden te krijgen door een standaard trekkingstest en de prestaties van een materiaal te begrijpen. De formule voor engineering spanning ziet er zo uit:

2. Ware Spanning En Rek

Dit is de actual spanning en rek waarde die u krijgt als u plastische vervorming in rekening brengt. Berekeningen voor dit specifieke type spanning en rek is geweldig voor het leren van de mechanische eigenschappen van een materiaal, en om het te vinden moet u experimentele data gebruiken over de instantane meetlengte, dwarsdoorsnede-oppervlak en toegepaste belasting. De formule voor het vinden van ware spanning ziet er zo uit:

Wat Zijn De Stadia Van De Spannings-Rek Curve?

Een spannings-rek diagram heeft drie stadia. In het eerste stadium ervaart het materiaal alleen elastische vervorming. Wanneer de toegepaste spanning wordt vrijgegeven, keert het materiaal terug naar zijn oorspronkelijke afmetingen.

Uniforme plastische vervorming vindt plaats in het tweede stadium. Dit stadium begint bij het opgavepunt en gaat door zolang het materiaal kan blijven versterken door verharding door rek (hetzelfde proces dat optreedt bij koudvormen) met elke nieuwe toename van de toegepaste belasting. Uiteindelijk is de capaciteit van het materiaal voor stabiele plastische vervorming uitgeput. De hoeveelheid plastische rek die tijdens deze fase getolereerd kan worden, vertelt ons veel over de relatieve broosheid of duktiliteit van het materiaal.

Het finale stadium van een trekkingstest wordt aangeduid als "nekvorming". Dit stadium treedt op na het bereiken van de uiteindelijke trekkingsspanning van het materiaal, en geen verdere verharding door rek is mogelijk. In plaats van voortgezette, stabiele vervorming, vormt zich een gebied van gelokaliseerde vervorming ergens in de dwarsdoorsnede van het testmonster. De excessive trekkingsspanningen verminderen de afmetingen van het materiaal die loodrecht staan op de toegepaste kracht wat een significante reductie in oppervlak veroorzaakt. Dit geeft het materiaal de vorm van een "nek". Zodra nekvorming begint, daalt de engineering spanning van het materiaal terwijl de ware spanning blijft stijgen. Het materiaal breekt kort na het begin van nekvorming.

Hoe Leest U Een Spannings-Rek Grafiek?

Hier is een snelle gids om een van deze grafieken te lezen:

1. Kies een spanningwaarde op de Y-as.
2. Trek een horizontale lijn van de Y-as totdat het de lijn van de spannings-rek curve snijdt. Maak een punt op dat punt.
3. Trek een verticale lijn van het snijpunt naar de X-as. Samen moeten deze lijnen een 90-graden hoek vormen.
4. De spanningwaarde die u in stap één koos toont de spanning die correspondeert met de vervorming (of rek) die gebeurt met het materiaal op dat punt.

Wat Zijn De Verschillende Regio's Van De Spannings-Rek Curve Grafiek?

Zodra u een grafiek hebt die de spannings-rek curve toont, is het de moeite waard om de regio's, stadia en informatie die u eruit kunt halen te begrijpen. De drie stadia zijn elastische vervorming, uniforme vervorming en nekvorming. Elastische vervorming is wanneer een materiaal spanning ervaart maar nog kan terugsnikken naar zijn oorspronkelijke afmetingen. Uniforme vervorming gebeurt zolang een materiaal versterking door verharding door rek kan aan - wat een show is van zijn broosheid of duktiliteit. Nekvorming is wanneer de uiteindelijke treksterkte bereikt is en verharding door rek niet meer mogelijk is. Gelokaliseerde vervorming zal ergens in de dwarsdoorsnede van het materiaal verschijnen, zijn afmetingen nemen af terwijl spanning toeneemt, en dan is het voorbij het punt van geen retour en vervormt of breekt permanent.

Nu u de stadia kent, kunt u de regio's begrijpen en vijf van de belangrijkste punten op de grafiek uitpikken, die we kort hebben beschreven hieronder:

1. Proportionele Grens

Het eindpunt van het lineaire deel op de spannings-rek curve waaruit Young's modulus gehaald kan worden door de helling te berekenen.

Om meer te leren, zie ons artikel over proportionale grens.

2. Elastische Grens

Het eindpunt voor elastische vervorming, wat dan overgenomen wordt door plastische vervorming (het is moeilijk om het te onderscheiden van de elastische grens bij het meten van metalen).

Om meer te leren, zie ons artikel over elastische grens.

3. Opgavepunt

Hetzelfde als de elastische grens, maar berekenbaar, dus veel betrouwbaarder voor ingenieurs. Om het uit te rekenen, offset het lineaire deel van de curve met +0.2% langs de horizontale as. Vind dan het snijpunt tussen de offset lijn en de oorspronkelijke spannings-rek curve, en u heeft de opgavekracht.

Om meer te leren, zie onze complete gids over opgavepunt.

4. Uiteindelijke Spanningpunt

De hoogste hoeveelheid spanning op de spannings-rek curve, waarna nekvorming begint. Het is ook belangrijk om te noteren dat hoewel dit de hoogste is op de grafiek, het actual hoogste punt gebeurt precies wanneer het materiaal breekt.

5. Breuk Of Breukpunt

Zoals de naam zegt, is dit het punt op de curve waar uw materiaal zoveel vervormd is dat het ten slotte gebroken of gebarsten is.

Om meer te leren, zie onze complete gids over breuk of breukpunt.

Hoe Wordt Een Spannings-Rek Curve Gemaakt?

Een spannings-rek curve wordt gemaakt door een trekkingstest uit te voeren met een universele testmachine. De testmachine zal de data automatisch vastleggen om een spannings-rek curve te produceren naarmate de belasting toeneemt en het monster vervormt.

Hoe Worden Spannings-Rek Curves Gebruikt?

De spannings-rek grafiek wordt gebruikt om diverse mechanische eigenschappen van een materiaal te bepalen, inclusief elastische modulus, Poisson's ratio, opgavespanning en uiteindelijke treksterkte. Deze eigenschappen helpen ingenieurs materialen te selecteren voor toepassingen waar belastingdraagcapaciteit kritiek is.

Wat Is De Spannings-Rek Curve Van Een Duktil Materiaal?

De engineering spannings-rek curve voor een duktil materiaal wordt gekenmerkt door een stijgende rechte lijn tot het opgavepunt bereikt is. Na het opgavepunt neemt de functie van spanning en rek niet-lineair toe en piekt wanneer de uiteindelijke treksterkte bereikt is. Daarna daalt de engineering spanning niet-lineair naarmate de rek blijft toenemen. Uiteindelijk, zodra de rek van het materiaal zo groot geworden is, breekt het materiaal.

Om meer te leren, zie onze complete gids over duktiliteit.

Wat Is De Spannings-Rek Curve Van Een Bros Materiaal?

De spannings-rek curve van een bros materiaal is een steilhellende lijn die de spanning snel stijgen toont met weinig rek. In tegenstelling tot duktile materialen, toont de spannings-rek curve voor een bros materiaal weinig plastische vervorming na het bereiken van de opgavespanning (opgavepunt). Het materiaal breekt snel na de opgavespanning.

Om meer te leren, zie onze complete gids over broosheid.

Wat Is Het Verschil Tussen Engineering Spannings-Rek En Ware Spannings-Rek?

De verschillen tussen engineering spannings-rek en ware spannings-rek zijn hieronder vermeld:

1. Engineering spannings-rek houdt geen rekening met de vervorming van het materiaal terwijl ware spannings-rek dat wel doet.
2. Engineering rek is de verhouding van de lengteverandering tot de oorspronkelijke lengte terwijl een ware rek de natuurlijke logaritme is van de instantane lengte over de oorspronkelijke lengte.
3. Engineering spannings-rek is ideaal voor het bepalen van materiaalprestaties terwijl ware spannings-rek ideaal is voor het bepalen van materiaaleigenschappen.

Wat Is Het Verschil Tussen Spanning En Rek?

De verschillen tussen spanning en rek zijn hieronder vermeld:

1. Spanning is de kracht per eenheidsoppervlak, terwijl rek een variatie in de lengte van een dimensie over de oorspronkelijke lengte van de dimensie is.
2. Spanning heeft eenheden van Pa of psi terwijl rek dimensieloos is.
3. Het symbool voor spanning is 𝛔 terwijl het symbool voor rek 𝞊 is.
4. Spanning is vereist om rek te veroorzaken.
5. Spanning kan niet direct gemeten worden en wordt berekend via wiskundige relaties terwijl rek direct gemeten kan worden.

Om meer te leren, zie onze complete gids over spanning vs. rek.

Hoe Xometry Kan Helpen

Wij bij Xometry werken met veel verschillende materialen die belangrijk zijn voor ingenieurs en fabrikanten en kunnen gratis offertes aanbieden voor alles van CNC-bewerking tot 3D printen tot plaat lasersnijden.

Disclaimer

De inhoud die op deze webpagina verschijnt is alleen voor informatieve doeleinden. Xometry geeft geen enkele voorstelling of garantie van welke aard dan ook, noch uitdrukkelijk noch impliciet, wat de nauwkeurigheid, volledigheid of geldigheid van de informatie betreft. Eventuele prestatieparameters, geometrische toleranties, specifieke ontwerpkenmerken, kwaliteit en typen materialen of processen mogen niet worden afgeleid als vertegenwoordigend voor wat zal worden geleverd door derden leveranciers of fabricanten via Xometry's netwerk. Kopers die offertes vragen voor onderdelen zijn verantwoordelijk voor het definiëren van de specifieke eisen voor die onderdelen. Raadpleeg onze voorwaarden voor meer informatie.

Kat de Naoum

Kat de Naoum is een schrijver, auteur, editor en content specialist uit het VK met 20+ jaar schrijfervaring. Kat heeft ervaring met schrijven voor diverse manufacturing en technische organisaties en houdt van de wereld van engineering. Naast schrijven was Kat bijna 10 jaar paralegal, zeven daarvan in scheepvaartfinanciering. Ze heeft geschreven voor veel publicaties, zowel print als online. Kat heeft een BA in Engelse literatuur en filosofie, en een MA in creatief schrijven van Kingston Universiteit.

Lees meer artikelen van Kat de Naoum