الدراسة التجريبية لخواص المواد في حالة الشد

 الدراسة التجريبية لخواص المواد في حالة الشد

لدراسة خواص المواد وتحديد مقدار الإجهادات المسموح بها، يتم إجراء اختبارات على نماذج المادة حتى تحطمها (انهيارها) أو حتى ظهور التشققات اللدنة فيها. وتجرى الاختبارات بحالات التحميل التالية: الستاتيكية، التصادمية أو الطارئة، الدورية أو اختبار المادة على التعب. وتختلف الاختبارات على الشد أو الضغط، أو الفتل أو الانعطاف وذلك تبعا لنوع التشوه الحاصل للنموذج المختبر. وفي حالات نادرة تجري اختبارات للنموذج تحت تأثير مقاومة مركبة، مثلا في حالة اقتران الشد مع الفتل.

ويتم إجراء التجارب عادة في ظروف قياسية، وذلك لأن نتائج الاختبار تتعلق بشكل النموذج سرعة تطبيق الحمولة على النموذج، ودرجة الحرارة عند إجراء الاختبار...الخ، وتجرى الاختبارات بواسطة آلات خاصة مختلفة من حيث تركيبها وقدرتها.

ولقياس التشوه تستخدم أدوات خاصة (تنزومتر)، لها حساسية عالية. ويمكن الاطلاع على دراسات تفصيلية للآلات وأدوات الاختبار في مراجع خاصة.

ويستعمل لأجل الاختبار الستاتيكي نموذجان متطابقان كحد أدنى، أما للاختبارات الديناميكية فتستعمل ثلاثة نماذج أو عينات، أما اختبار التحميل فيتطلب من ست إلى ثماني عينات متطابقة كحد أدنى. وللحصول على نتائج أكثر دقة عند اختبار المواد الأقل تجانسا، يجب الإكثار من التجارب المتكررة بقدر الإمكان.

إن اختبار الشد والضغط تحت تأثير الحمل الستاتيكي هو الاكثر انتشارا، وذلك لسهولته، وفي نفس الوقت فهو يعطي في حالات كثيرة، إمكانية الحكم الصحيح على سلوك المادة في الحالات الأخرى للتشوه. لهذه الغاية تستخدم نماذج خاصة وقد وضحت الأبعاد النظامية لمثل هذه النماذج في الشكل رقم (1).

فمن أجل العينات الأسطوانية التي قطرها   وكذلك الصفائح التي سماكتها يمكننا أن نشكل منها نموذجين:

حيث:L₀: طول القسم الحسابي من العينة.

:A مساحة مقطع العينة المستوية (الصفيحة المستوية).

:d قطر العينة الأسطوانية.

أما طول الجزء العامل L للعينة الأسطوانية فهو:

أما طول الجزء العامل للعينة المستوية :

إن الغرض من اختبارات الشد هو تحديد الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للمادة.

وخلال الاختبار، وبصورة أتوماتيكية، يتم وضع الرسم البياني للعلاقة بين قوة الشد المطبقة P على العينة والاستطالة ∆L  الحاصلة فيه.&

الشكل رقم (1)

ولأجل إمكانية مقارنة نتائج الاختبار النماذج ذات الأبعاد المختلفة والمصنوعة من مادة واحدة ، فإن الرسم البياني للشد يحول إلى رسم آخر أخرى من المحاور الإحداثية ، فعلى محور الترتيب يوضع مقدار الإجهاد النظامي في المقطع العرضي للنموذج المشدود.

حيث:

  A₀: هي المساحة الاولية لمقطع العينة.

وعلى محور الفواصل يوضع مقدار الاستطالة النسبية للعينة.

حيث:  L₀:الطول الأولي للعينة قبل الاختبار.

ويسمى هذا الرسم البياني بمخطط الشد الاصطلاحي وذلك لأن الإجهادات والاستطالات النسبية تحسب بالنسبة إلى  المساحة الأولية وإلى الطول الأولي للعينة على التوالي . ويوضح الشكل رقم (2) الرسم البياني  لشد نموذج فولاذي ذي نسبة كربون منخفضة وبإحداثيات