Plasticitet (fysik)

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 16. april 2021; checks kræver 9 redigeringer .

Plasticitet - et materiales evne til at modtage store resterende deformationer uden ødelæggelse . Egenskaben ved plasticitet er af afgørende betydning for sådanne teknologiske operationer som stempling , tegning , tegning , bøjning osv. Målingen af plasticitet er relativ forlængelse og relativ kontraktion , bestemt under trækprøver. Jo større værdi , jo mere plastisk anses materialet for at være. I henhold til niveauet af relativ indsnævring kan man drage en konklusion om materialets fremstillingsevne. Udglødet kobber , aluminium , messing , guld , blødt stål osv. er blandt de meget duktile materialer Duralumin og bronze er mindre duktile . Svagt duktile materialer omfatter mange legeret stål . $\delta$ $\psi$ $\delta$ $\psi$

For plastmaterialer sammenlignes træk- og trykstyrkekarakteristika efter flydespænding . Det er almindeligt accepteret, at t.r ≈ t.s. $\sigma$ $\sigma$

Opdelingen af materialer i duktilt og skørt er betinget, ikke kun fordi der ikke er nogen skarp overgang i værdierne for og mellem de to . Afhængigt af testbetingelserne er mange sprøde materialer i stand til at opføre sig som duktile materialer, og duktile materialer kan opføre sig som sprøde. $\delta$ $\psi$

Spændingshastighed og temperatur har en meget stor indflydelse på manifestationen af plasticitets- og skørhedsegenskaber . Med hurtig spænding er egenskaben ved skrøbelighed mere udtalt, og med langsom spænding er egenskaben ved plasticitet mere udtalt. For eksempel er skørt glas i stand til at modtage permanente deformationer under langvarig udsættelse for en belastning ved normal temperatur. Duktile materialer, såsom blødt stål , udviser skøre egenskaber, når de udsættes for en kraftig stødbelastning .

Fysiske mekanismer

I metaller

Plasticiteten af en ren metalkrystal skyldes primært to deformationsformer af krystalgitteret: slip og twinning m. Slip er forskydningsdeformation , som flytter atomer i forhold til deres oprindelige position ved afstande, der er væsentligt større end interatomare afstande. Twinning er en plastisk deformation, der opstår langs et plan, hvilket resulterer i en rotation af en del af krystallen.

De fleste metaller er mere duktile, når de er varme, end når de er kolde. Bly udviser tilstrækkelig duktilitet ved stuetemperatur, mens støbejern ikke viser tilstrækkelig duktilitet til enhver smedning, selv når det er varmt. Denne egenskab er vigtig ved metalformnings- og ekstruderingsoperationer . De fleste metaller bliver duktile, når de opvarmes og derfor varme.

Glidende systemer

Krystallinske materialer indeholder ensartede atomplaner med lang rækkefølge. Planerne kan glide i forhold til hinanden i tætpakkede retninger . Som et resultat er der en konstant ændring i krystallens form og plastisk deformation. Tilstedeværelsen af dislokationer øger sandsynligheden for udseendet af sådanne fly.

Reversibel plasticitet

På nanoskalaen er primær plastisk deformation i simple fladecentrerede kubiske metaller reversibel, hvis der ikke sker materialeoverførsel i form af krydsskridning [1] .

Mikroplasticitet er et lokalt fænomen i inhomogene metaller. Det opstår under mekaniske belastninger, når metallet som helhed er i det elastiske område, men nogle lokale områder er i plastområdet [2] .

Amorfe materialer

Cracking

I amorfe materialer, i fravær af lang rækkefølge, er begrebet "dislokationer" ikke anvendeligt, da hele materialet er blottet for lang rækkefølge. Disse materialer kan stadig undergå plastisk deformation. Fordi amorfe materialer såsom polymerer er uordnede, indeholder de en stor mængde frit volumen. Træk sådanne materialer under spænding åbner disse områder og kan forårsage, at materialet bliver uklart. Denne uklarhed er resultatet af dannelsen af mange revner , når fibriller dannes inde i materialet i områder med høj volumetrisk belastning. Materialets udseende kan ændre sig fra ordnet til et mønster med en hale ( engelsk crazing ) i form af spændinger og strækmærker.

Cellulære materialer

Cellematerialer deformeres plastisk, når bøjningsmomentet overstiger det plastiske moment . Det gælder åbencellet skum, hvor bøjningsmomentet virker på cellevæggene. Skum kan fremstilles af ethvert materiale med en plastisk flydespænding , herunder stive polymerer og metaller. Denne metode til modellering af skum som bjælker er kun gyldig, hvis forholdet mellem skumdensitet og stofdensitet er mindre end 0,3. Dette skyldes, at bjælkerne oplever plastisk deformation i aksial retning, snarere end bøjning. I skum med lukkede celler øges flydespændingen, hvis materialet er under trækspænding på grund af membranen, der omgiver cellernes overflade.

Jord og sand

Jord, især ler, udviser betydelig uelasticitet under belastning. Årsagerne til jordens plasticitet kan være ret komplekse og er meget afhængige af deres mikrostruktur, kemiske sammensætning og vandindhold. Jordens plasticitet skyldes primært omarrangering af klynger af nabokorn.

Sten og beton

Uelastiske deformationer af bjergarter og beton er primært forårsaget af dannelsen af mikrorevner og glidning i forhold til disse revner. Ved høje temperaturer og tryk kan den plastiske adfærd også blive påvirket af bevægelsen af dislokationer i individuelle korn af mikrostrukturen.

Matematiske beskrivelser

Deformationsteori

Der findes flere matematiske modelbeskrivelser af plasticitet [3] . Den ene er strain theory (se f.eks. Hooke's Law ), hvor Cauchy spændingstensoren (af rang d − 1 i d -dimensionelt rum) er en funktion af tøjningstensoren. Selvom denne beskrivelse er nøjagtig, når en lille del af kroppen udsættes for en stigende belastning (såsom en belastningsbelastning), kan denne teori ikke forklare irreversibiliteten.

Duktile materialer kan modstå store plastiske deformationer uden fejl (diskontinuitet). Men selv duktile metaller vil splintre, når belastningen bliver stor nok - dette sker som følge af arbejdshærdning af materialet, hvilket får det til at blive skørt . Varmebehandling såsom udglødning kan genoprette duktiliteten af emnet for at fortsætte støbningen.

Teorien om plastisk flow

I 1934 foreslog Egon Orowan , Michael Polanyi og Geoffrey Ingram Taylor omtrent samtidig, at plastisk deformation af nogle materialer skulle behandles ved hjælp af dislokationsteori . Den matematiske teori om plasticitet, teorien om plastisk flow, bruger et sæt ikke-lineære, ikke-integrerbare ligninger til at beskrive et sæt ændringer i belastning og spænding fra en tidligere tilstand og en lille stigning i belastning.

Udbyttestyrke

Hvis spændingen overstiger en kritisk værdi (flydespænding), vil materialet undergå plastisk eller irreversibel deformation. Denne kritiske spænding kan være træk eller kompression. Tresca og von Mises kriterierne bruges almindeligvis til at bestemme, om et materiale flyder. Disse kriterier har dog vist sig at være utilstrækkelige for et betydeligt antal materialer, og flere andre flowkriterier er også blevet udbredte.

Kriterium Cod

Tresca-kriteriet er baseret på forestillingen om, at der ved nogle belastninger sker irreversible ændringer i materialet, for eksempel på grund af forskydning. Dette er et godt gæt, når man overvejer metaller. I betragtning af den grundlæggende spændingstilstand kan man bruge Mohr-cirklen til at bestemme de maksimale forskydningsspændinger og konkludere, at materialet vil flyde, hvis

{\displaystyle \sigma _{1}-\sigma _{3}\geq \sigma _{0))

hvor σ 1 er den maksimale normalspænding, σ 3 er den minimale normalspænding, og σ 0 er den spænding, hvorved materialet flyder under enakset belastning. Det er muligt at konstruere en vigeflade, der giver en visuel gengivelse af dette koncept. Inde i flydefladen er deformationen elastisk (ikke nødvendigvis lineær). Der opstår plastisk deformation på overfladen. Et materiale kan ikke belastes ud over dets flydeflade.

Huber-von Mises kriterium

Huber-von Mises-kriteriet [4] er baseret på Tresca-kriteriet, men tager hensyn til antagelsen om, at hydrostatisk spænding ikke bidrager til ødelæggelsen af materialet. M. T. Guber var den første, der foreslog at bruge kriteriet for forskydningsenergi [5] [6] . Von Mises fandt den effektive spænding under enakset belastning ved at trække hovedspændingerne fra og postulerer, at alle effektive spændinger ud over det, der får materialet til at give efter under enakset belastning, vil resultere i plastisk deformation:

\sigma _{v}^{2}={\tfrac {1}{2}}[(\sigma _{11}-\sigma _{22})^{2}+(\sigma _{ 22}-\sigma _{33})^{2}+(\sigma _{11}-\sigma _{33})^{2}+6(\sigma _{23}^{2}+\sigma _{31}^{2}+\sigma _{12}^{2})].

En visuel repræsentation af udbyttefladen kan konstrueres ved hjælp af ovenstående ligning, som har form af en ellipse. Inde i overfladen gennemgår materialer elastisk deformation. At nå overfladen betyder, at materialet undergår plastisk deformation.

Noter

↑ Gerolf Ziegenhain og Herbert M. Urbassek: Reversibel plasticitet i fcc-metaller. I: Filosofiske Tidsskriftsbreve. 89(11):717-723, 2009 DOI
↑ Maaß, R. (januar 2018). "Mikroplasticitet og nyere indsigt fra intermitterende og småskala plasticitet". Acta Materialia . 143 : 338-363. arXiv : 1704.07297 . DOI : 10.1016/j.actamat.2017.06.023 .
↑ Hill, R. The Mathematical Theory of Plasticity. - Oxford University Press, 1998. - ISBN 0-19-850367-9 .
↑ von Mises, R. (1913). “Mechanik der festen Körper im plastisch-deformablen Zustand” . Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen . 1913 (1): 582-592.
↑ Huber, M.T. (1904). "Właściwa praca odkształcenia jako miara wytezenia materiału". Czasopismo Techniczne . Lwow. 22 .Oversat som "Specific Work of Strain as a Measure of Material Effort" . Mekanikarkiver . 56 : 173-190. 2004. Arkiveret fra originalen 2021-08-05 . Hentet 2021-03-07 . Forældet parameter brugt |deadlink=( hjælp )
↑ Se Timoshenko, SP Historie om materialers styrke . - New York: McGraw-Hill, 1953. - S. 369. - ISBN 9780486611877 . Arkiveret 19. august 2020 på Wayback Machine

Se også

Litteratur

Feodosiev V.I. Materialers modstand. - M .: Forlag af MSTU im. N. E. Bauman, 1999. S. 86. ISBN 5-7038-1340-9
Malinin N. N. Anvendt teori om plasticitet og krybning. - M., Mashinostroenie, 1968. - 400 s.