توضیحات
تنسایل یونیورسال دو ستونه
تنسایل یونیورسال دوستونه برای انجام آزمونی مخرب بکار گرفته میشود که نمونه تحت نیروی کششی، فشاری و یا خمشی تا نقطه شکست قرار می‌گیرد و این درحالیست که ازدیاد طول و یا کاهش طول اولیه بصورت همزمان با نیروی اعمالی ثبت میشود.
نتایج حاصل از آزمون به‌طور معمول برای انتخاب یک ماده به منظور کنترل کیفیت و پیش‌بینی اینکه چگونه یک ماده تحت انواع دیگری از نیروها واکنش نشان می‌دهد به کار می‌رود.
منحنی تنش-کرنش مهندسی بر اساس مقادیر نیرو اعمالی-ازدیاد طول رسم میشود لذا خروجی آزمون یک منحنی تنش/کرنش میباشد که نشان دهنده رفتار ماده در برابر کشش، فشار و یا خمش میباشد.
هدف
تستهای کشش تنسایل دو ستونه به دلایل مختلف انجام میشود. نتایج آزمایشهای کششی در انتخاب مواد برای برنامه‌های کاربردی مهندسی استفاده میشود. خواص کششی اغلب در مشخصه های مواد، برای اطمینان از کیفیت قرار خواهد داشت. خواص کششی اغلب در هنگام توسعه مواد و فرایندهای جدید اندازه‌گیری می‌شوند تا مواد و فرآیندهای مختلف مقایسه شوند. در نهایت، خواص کششی اغلب برای پیش‌بینی رفتار یک ماده تحت انواع نیرو استفاده میشود.
استحکام مواد اغلب نگرانی اصلی است، استحکام مدنظر ممکن است از لحاظ تنش لازم برای ایجاد تغییر قابل توجه شکل نمونه یا حداکثر استرس که ماده می‌تواند در مقابل آن مقاومت کند اندازه‌گیری شود. این اندازه‌گیری‌ها با دقت کافی (در قالب عوامل ایمنی)، در طراحی مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین تمایل به انعطاف‌پذیری مواد، که چقدر می‌توان شکل آن را قبل از شکستگی تغییر داد محاسبه میشود.
در اکثر آزمون‌های کشش مواد، می‌توان مشاهده کرد که در مراحل اولیهٔ آزمون ارتباط بین نیروی اعمالی یا بار وارده و ازدیاد طول نمونه تحت تست، به‌صورت خطی است.
در این ناحیه، نمودار از رابطه ای به نام «قانون هوک» تبعیت می‌کند که در آن نسبت تنش به کرنش مقدار ثابت E= σ/e است.
آزمون
در زمان آزمون تنسایل یونیورسال دوستونه می‌توانید میزان کش آمدگی یا ازدیاد طول نمونهٔ تحت آزمون کشش را بیابید. این مقدار می‌تواند از اندازه‌گیری مطلق میزان تغییر در طول یا اندازه گیریِ نسبی به نام «کرنش» بیان گردد.
کرنش به خودی خود می‌تواند به دو طریق مختلف بیان گردد، «کرنش مهندسی» و «کرنش حقیقی». کرنش مهندسی شاید ساده‌ترین و رایج‌ترین اصطلاح برای کرنش باشد که از نسبت تغییر طول به طول اولیه حاصل می‌گردد،
e=∆L/L0
کرنش حقیقی مشابه کرنش مهندسی است با این تفاوت که بر اساس طول آنی (لحظه ای) نمونه تحت آزمون تعیین می‌گردد، که در آن Li معرف طول لحظه ایی و L0 بیانگر طول اولیه میباشد.
یکی از خواصی که می‌توانید برای مواد تعیین کنید استحکام نهایی (UTS) است. UTS ماکزیمم فشاری است که نمونه می‌تواند در طول تست تحمل کند. UTS ممکن است با استحکام شکست برابر باشد یا نباشد، و این بستگی دارد که چه نوع ماده ای را مورد آزمون قرار می‌دهید… شکننده، چکش خوار، یا حتی ماده ای که هر دو مشخصه را داراست.
پارامتر
گاهی ممکن است که یک ماده زمانیکه در آزمایشگاه تحت تست قرار می‌گیرد چکش خوار باشد، اما زمانیکه از آن استفاده میشود و در معرض سرمای شدید قرار می‌گیرد، ممکن است رفتارش به شکننده تغییر یابد.
رایج‌ترین تست مورد استفاده در آزمون از نوع یونیورسال یا همه منظوره است عملکرد اصلی این تست‌ها ایجاد منحنی تنش-کرنش است.
دستگاه باید قابلیت‌های مناسب را برای نمونه در حال آزمایش داشته باشد. ۳ پارامتر اصلی وجود دارد: ظرفیت فشار، سرعت و دقت. ظرفیت فشار به این حقیقت اشاره دارد که دستگاه باید قادر به تولید نیروی کافی برای شکست نمونه باشد.
اندازه‌گیری کرنش معمولاً با یک کشش سنج تنسایل یونیورسال دوستونه انجام میشود اما کرنش سنج اغلب در آزمون نمونه‌های کوچک یا هنگامیکه نسبت پواسون مشخص باشد نیز استفاده میشود.
ماشین‌های هیدرولیکی بر اساس یک پیستون تک یا دوگانه عمل می‌کنند که حرکت رو به بالا یا پایین را انجام می‌دهد. با این حال، اکثر ماشین آلات هیدرولیک استاتیک یک پیستون یا یک تلمبه تک کاره دارند.
در یک دستگاه دستی، اپراتور، سوراخ سوپاپ سوزنی تنظیم کننده فشار را برای کنترل میزان بارگذاری (نیرو) تنظیم می‌کند. دستگاه‌های الکترومکانیکی دارای سرعت و دامنه حرکت بیشتری نسبت به دستگاه‌های هیدرولیکی هستند. همچنین دستگاه‌های هیدرولیکی برای تولید نیروهای بیشتر هزینه بالاتری می‌برند.
روند آزمون
بعد از قرار دادن نمونه در دستگاه، نیروی کششی تنسایل یونیورسال دوستونه به نمونه اعمال میشود تا زمانی که شکست رخ دهد. نیروی لازم برای ایجاد ازدیاد طول گزارش میشود و منحنی نیرو-ازدیاد طول، ترسیم میشود. با انجام محاسبات لازم، به شرح ذیل، منحنی تنش-کرنش مهندسی از این منحنی اولیه استخراج میشود.
در این روابط ، تنش مهندسی است که حاصل تقسیم نیرو بر سطح مقطع اولیه است و e کرنش مهندسی است و حاصل تقسیم ازدیاد طول بر طول اولیه گیج (gage length)، است. تنش و کرنش مهندسی مستقل از هندسه و شکل قطعه هستند.
منطقه مومسان یا پلاستیک: این منطقه بعد از نقطه تسلیم شروع میشود. نقطه تسلیم آغاز شروع تغییر شکل موسان نمونه است. تغییر شکل مومسان به صورت ثابت تا نقطه اوج منحنی یا همان استحکام کششی، ادامه دارد.
در فرایند گلویی شدن نمونه، شروع میشود. مطابق فرمول ذیل محاسبه میشود:از آنجا که محاسبه استحکام کششی تنسایل یونیورسال دوستونه ساده است و یک پارامتر کاملاً تکثیر پذیر (reproducible) است، لذا پارامتر مفیدی برای تعیین ویژگی‌های مواد و کنترل کیفی محصول است.
روابط تجربی ارزشمندی بین استحکام کششی و خواصی مانند سختی و استحکام خستگی وجود دارد که اغلب مفید هستند. برای مواد ترد و شکننده (brittle) نیز، استحکام کششی یک معیار معتبر در طراحی محسوب میشود.
معیارهای مختلفی برای تعیین نقطه تسلیم استفاده می‌شوند که به عواملی مثل دقت اندازه‌گیری کرنش و استفاده مفهومی از داده‌ها، بستگی دارند. روش کرنش افست (۲٪ offset strain)، یک روش مرسوم برای اندازه‌گیری استحکام تسلیم است.
داکتیلیته
داکتیلیته:درجه ای از تغییر شکل نمونه، که یک ماده می‌تواند تا قبل از شکست نشان دهد، داکتیلیته نامیده میشود. ماده ای که تغییر شکل اندکی نشان دهد یا قبل از شکست هیچ گونه تغییر شکل نداشته باشد، ترد یا شکننده عنوان میشود. درصد ازدیاد طول و کاهش سطح مقطع هم نمادی از داکتیلیته هستند که ذیلاً روابط مربوطه آورده میشود:
در این روابط z و q به ترتیب، درصد ازدیاد طول و درصد کاهش سطح مقطع را نشان می‌دهند.
جهندگی: ظرفیت ماده برای جذب انرژی در منطقه الاستیک، جهندگی نامیده میشود.
چقرمگی: توانایی ماده در پذیرش تغییر شکل نمونه و جذب انرژی تا قبل از شکست، چقرمگی نامیده میشود. سطح زیر منحنی تنش-کرنش، تا نقطه استحکام کششی تنسایل یونیورسال دوستونه نشان دهنده چقرمگی ماده است. شکل زیر چقرمگی سه گروه فولاد کربنی را نشان می‌دهد.
ضریب پواسان: نسبت تغییر اندازه جانبی (کرنش عرضی) به تغییر اندازه محوری (کرنش طولی)، ضریب پواسان نامیده میشود. از آنجا که در بیشتر مواد مهندسی، کرنش عرضی و طولی مختلف العلامت هستند، فرمول با علامت منفی ارائه شده‌است تا مقدار حاصله مثبت گردد.
