برای مدیریت مشکلات مربوط به تنش تسلیم در پیچ و مهره ، مهندسان و دانشمندان بر انواع فرمول‌های مربوط به رفتار مکانیکی مواد تکیه می‌کنند. تنش نهایی، یا تنش، فشار، برش یا خمش، بالاترین میزان تنشی است که یک ماده می تواند تحمل کند. تنش تسلیم مقدار تنشی است که در آن تغییر شکل پلاستیک رخ می دهد. البته تعیین مقدار دقیق تنش تسلیم دشوار است. از همین رو ما در گروه پولادان سازه در مقاله ای بیان خواهیم کرد. تا پایان با ما همراه باشید.
معادله تنش
σ=E×ϵ
این رابطه فقط در نواحی ای که که قانون هوک در آن ها معتبر است صدق می کند. قانون هوک بیان می کند که یک نیروی ترمیم کننده در یک ماده الاستیک وجود دارد که متناسب با فاصله ای است که ماده کشیده شده است. از آنجایی که تنش تسلیم نقطه‌ای است که تغییر شکل پلاستیک رخ می‌دهد، پایان دامنه الاستیک را نشان می‌دهد. از این معادله برای تخمین مقدار تنش تسلیم استفاده کنید.
قانون آفست 0.2 درصد
رایج ترین تقریب مهندسی برای تنش تسلیم، قانون آفست 0.2 درصد است. برای اعمال این قانون، فرض کنید که کرنش تسلیم 0.2 درصد است و آن در مدول یانگ برای مواد خود ضرب کنید:
σ=0.002×E
برای تمایز این تقریب از سایر محاسبات، مهندسان گاهی اوقات آن را ‘تنش تسلیم آفست’ می نامند.
تئوری های فون میزس
روش افست برای تنشی که در امتداد یک محور اتفاق می‌افتد معتبر است، اما برخی از کارکرد‌ها به فرمولی نیاز دارند که بتواند دو محور را مدیریت کند. برای حل این مشکل از تئوری فون میزس استفاده می کنیم:
(σ1−σ2)2+σ12+σ22=2σ(y)
که در آن σ1 جهت حداکثر تنش برشی x، σ2 جهت حداکثر تنش برشی y و σ(y) تنش تسلیم را نشان می دهد.
مدول تاب آوری
‘تاب آوری’ یک اصطلاح مهندسی است که به مقدار انرژی که یک ماده می تواند جذب کند و همچنان به حالت اولیه خود بازگردد، اشاره دارد. مدول تاب آوری μ برای یک ترکیب معین نشان دهنده سطح زیر بخش الاستیک منحنی کرنش تنش برای آن ترکیب است.
مقایسه قدرت تسلیم – نقطه تسلیم
نقطه تسلیم نقطه روی منحنی کرنش-تنش است که حد رفتار الاستیک و رفتار پلاستیک اولیه را نشان می دهد. قدرت تسلیم یا تنش تسلیم ویژگی ماده است که به عنوان تنشی تعریف می‌شود که در آن یک ماده شروع به تغییر شکل پلاستیکی می‌کند، در حالی که نقطه تسلیم نقطه‌ای است که تغییر شکل غیرخطی (الاستیک + پلاستیک) شروع می‌شود. قبل از نقطه تسلیم، ماده به صورت ارتجاعی تغییر شکل می دهد و با حذف تنش وارده به شکل اولیه خود باز می گردد. پس از عبور از نقطه تسلیم، بخشی از تغییر شکل دائمی و غیر قابل برگشت خواهد بود. برخی از فولادها و مواد دیگر رفتاری از خود نشان می دهند که پدیده نقطه تسلیم نامیده می شود. قدرت تسلیم از 35 مگاپاسکال برای آلومینیوم با مقاومت کم تا بیش از 1400 مگاپاسکال برای فولادهای با استحکام بسیار بالا متغیر است.
در بسیاری از موقعیت‌ها، از قدرت تسلیم برای شناسایی تنش مجاز که یک ماده می‌تواند تحت آن قرار گیرد، استفاده می‌شود. برای قطعاتی که باید فشارهای بالا را تحمل کنند، مانند آنهایی که در راکتورهای آب تحت فشار (PWR) استفاده می شوند، این معیار کافی نیست. برای پوشش این شرایط، تئوری تنش برشی ماکزیمم شکست در آیین نامه ASME (انجمن مهندسین مکانیک آمریکا) بویلر و مخزن تحت فشار، بخش III، قوانین ساخت مخازن تحت فشار هسته ای گنجانده شده است. این تئوری بیان می‌کند که شکست یک جزء لوله‌کشی زمانی اتفاق می‌افتد که حداکثر تنش برشی از تنش برشی در نقطه تسلیم در آزمایش کشش بیشتر شود.
سوالات متداول
آیا قدرت تسلیم همان تنش تسلیم است؟
استحکام تسلیم یا تنش تسلیم یک ویژگی ماده است و تنش مربوط به نقطه تسلیم است که در آن ماده شروع به تغییر شکل پلاستیکی می کند.
آیا قدرت تسلیم بالاتر بهتر است؟
هنگامی که تنش ها از نقطه تسلیم فراتر رود، فولاد نمی تواند به عقب برگردد. استحکام تسلیم حد بالایی باری را نشان می‌دهد که می‌توان با خیال راحت روی فلز اعمال کرد، که دانستن آن را در هنگام طراحی اجزاء بسیار مهم می‌سازد.
تفاوت بین تنش کششی و تنش تسلیم چیست؟
تفاوت اصلی بین تنش تسلیم و تنش کششی در این است که تنش تسلیم حداقل تنشی است که تحت آن یک ماده به طور دائم تغییر شکل می‌دهد، در حالی که تنش کششی حداکثر تنشی را که یک ماده می‌تواند قبل از شکستن تحمل کند، توصیف می‌کند.