Οι δοκιμές εφελκυσμού και συμπίεσης είναι βασικές διαδικασίες για τον έλεγχο της ποιότητας των υλικών. Μας βοηθούν να γνωρίζουμε πολλές παραμέτρους για τα υλικά. Θα δείτε πολλούς ανθρώπους να συζητούν για τη δοκιμή εφελκυσμού έναντι της δοκιμής συμπίεσης όταν πρόκειται για δοκιμές υλικών. Ωστόσο, αυτές οι δύο μέθοδοι δοκιμών διαφέρουν μεταξύ τους.
Η δοκιμή εφελκυσμού αφορά κυρίως την ικανότητα του υλικού να αντέχει σε τράβηγμα και τέντωμα. Η δοκιμή συμπίεσης περιλαμβάνει τη συμπίεση του υλικού για τον έλεγχο των ιδιοτήτων του. Οι δοκιμές αυτές διεξάγονται με τη χρήση ειδικών μηχανημάτων. Σε αυτό το άρθρο, θα αναφερθώ στις δοκιμές εφελκυσμού και συμπίεσης, τονίζοντας τις βασικές διαφορές τους.
Βασική παρουσίαση της δοκιμής εφελκυσμού και συμπίεσης
Οι δοκιμές εφελκυσμού και συμπίεσης είναι παρόμοιες σε κάποιο βαθμό. Εκθέτουν το υλικό σε διαφορετικά επίπεδα φορτίου ή τάσης. Ωστόσο, η δοκιμή εφελκυσμού περιλαμβάνει τράβηγμα και τέντωμα του υλικού. Είναι χρήσιμο να γνωρίζουμε τη μέγιστη δύναμη που μπορεί να αντέξει ένα υλικό πριν παραμορφωθεί μόνιμα. Από την άλλη πλευρά, η δοκιμή συμπίεσης αφορά κυρίως τη συμπίεση του υλικού.
Σε αυτή τη δοκιμή, το υλικό εκτίθεται σε εκτεταμένη δύναμη ή τάση. Είναι ενδιαφέρον ότι αυτή η δύναμη δεν τραβάει, αλλά αντίθετα σπρώχνει, συμπιέζει και πιέζει. Είναι χρήσιμο να κατανοήσουμε πώς θα συμπεριφερθεί το υλικό όταν εκτεθεί σε πίεση σε πραγματικές συνθήκες. Αυτές οι δοκιμές μας δίνουν την ακριβή τιμή των ακόλουθων παραμέτρων:
- Επιμήκυνση
- Αντοχή σε διαρροή
- Σημείο θραύσης
- Συμπεριφορά λαιμητόμου
- Αντοχή σε θλίψη
Η επιμήκυνση δείχνει την ελαστικότητα οποιουδήποτε υλικού. Το όριο διαρροής μας βοηθά να γνωρίζουμε το σημείο στο οποίο το υλικό αρχίζει να παραμορφώνεται μόνιμα. Η αντοχή σε θλίψη δείχνει τη μέγιστη δύναμη που μπορεί να αντέξει ένα υλικό χωρίς να σπάσει. Οι δοκιμές αυτές βοηθούν στον προσδιορισμό της μέγιστης αντοχής του υλικού, μετά την οποία αδυνατεί να αντέξει περαιτέρω πιέσεις.
Το δοκιμαστής εφελκυσμού Οι μηχανές έλξης και συμπίεσης τραβούν και συμπιέζουν το υλικό, αντίστοιχα. Σταδιακά, ο ελεγκτής (μηχάνημα) αυξάνει τη δύναμη (τάση). Ο χειριστής σημειώνει τη συμπεριφορά του υλικού. Ο δοκιμαστής εμφανίζει επίσης ένα γράφημα τάσης-παραμόρφωσης. Μας λέει πότε το υλικό αρχίζει να παραμορφώνεται μόνιμα και να σπάει. Ο χειριστής σημειώνει διάφορες παραμέτρους κατά τη διάρκεια αυτής της δοκιμής.
Οι μηχανικοί απαιτούν αυτές τις παραμέτρους πριν από τη χρήση οποιουδήποτε υλικού για την παραγωγή διαφόρων προϊόντων. Για παράδειγμα, η δοκιμή συμπίεσης χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της ποιότητας των υλικών που χρησιμοποιούνται σε γέφυρες και κτίρια. Οι μηχανικοί δεν χρησιμοποιούν ένα υλικό εάν η επιμήκυνση, η αντοχή σε θλίψη και άλλες παράμετροι είναι άγνωστες.
Διαφορές μεταξύ δοκιμής εφελκυσμού και δοκιμής συμπίεσης
Τόσο οι δοκιμές εφελκυσμού όσο και οι δοκιμές συμπίεσης μας βοηθούν να γνωρίζουμε διαφορετικές παραμέτρους. Περιγράφουν πώς θα συμπεριφερθεί ένα υλικό όταν εκτεθεί σε διάφορα επίπεδα τάσεων. Με αυτόν τον τρόπο, μπορούμε να τα χρησιμοποιήσουμε εκθέτοντας την τάση, η οποία είναι ασφαλής για τη δομή τους. Ωστόσο, τόσο οι δοκιμές εφελκυσμού όσο και οι δοκιμές συμπίεσης διαφέρουν μεταξύ τους. Ας βουτήξουμε και ας συζητήσουμε όλες τις βασικές διαφορές τους.
1- Κατεύθυνση της εφαρμοζόμενης δύναμης
Οι δοκιμές εφελκυσμού και θλίψης διαφέρουν ως προς την κατεύθυνση της εφαρμοζόμενης δύναμης. Η δοκιμή εφελκυσμού περιλαμβάνει την εφαρμογή μιας δύναμης προς τα έξω. Από την άλλη πλευρά, η δοκιμή συμπίεσης συνίσταται στην εφαρμογή δύναμης προς τα μέσα. Όπως γνωρίζετε, ο δοκιμαστής εφελκυσμού τραβάει το υλικό και από τα δύο άκρα. Η κατεύθυνση της δύναμης είναι προς τα έξω. Η μηχανή δοκιμής συμπίεσης εφαρμόζει δύναμη προς τα μέσα ή προς τα μέσα. Εφαρμόζει τάση στο υλικό και ελέγχει τη συμπεριφορά του. Έτσι, η δύναμη που εφαρμόζεται παραμένει προς το υλικό.
2- Τύπος παραγόμενου στρες
Οι δοκιμές εφελκυσμού και θλίψης αντιμετωπίζουν δύο διαφορετικούς τύπους τάσεων. Η δοκιμή εφελκυσμού δημιουργεί εφελκυστικές τάσεις. Από την άλλη πλευρά, οι δοκιμές συμπίεσης εκθέτουν το υλικό σε θλιπτική τάση. Πρόκειται περισσότερο για τη συμπίεση του υλικού.
Η εφελκυστική τάση τεντώνει το υλικό και ελέγχει την ελαστικότητά του. Με απλά λόγια, η τάση αυτή επιμηκύνει το υλικό. Τα σωματίδια των υλικών καταλαμβάνουν περισσότερο χώρο και απομακρύνονται περισσότερο το ένα από το άλλο. Η θλιπτική τάση ωθεί, πιέζει και μικραίνει το υλικό. Τα σωματίδια του υλικού σε αυτές τις περιπτώσεις έρχονται πολύ κοντά το ένα στο άλλο λόγω της θλιπτικής τάσης ή δύναμης.
3- Εγκατάσταση εξοπλισμού
Η δοκιμή εφελκυσμού διεξάγεται σε καθολική μηχανή δοκιμών (UTM). Έρχεται με δύο λαβές. Το υλικό ή το δείγμα συγκρατείται μεταξύ αυτών των δύο λαβών. Οι χειριστές ελέγχουν την ευθυγράμμιση για να εξασφαλίσουν ακριβή ανάγνωση. Και οι δύο λαβές του μηχανήματος τραβούν το δοκίμιο και εφαρμόζουν τάση. Στη συνέχεια, ο χειριστής σημειώνει την τάση και τη συμπεριφορά του υλικού.
Το μηχάνημα καταγράφει επίσης το γράφημα τάσης-παραμόρφωσης, το οποίο είναι πολύ χρήσιμο. Μας παρέχει διάφορα σημεία στα οποία τα υλικά παρουσιάζουν ξεχωριστή συμπεριφορά. Από την άλλη πλευρά, οι μηχανές δοκιμών συμπίεσης διαθέτουν επίπεδες πλάκες. Το δοκίμιο τοποθετείται στο μηχάνημα μεταξύ αυτών των δύο πλακών. Οι πλάκες συμπιέζουν το υλικό ασκώντας πάνω του δύναμη.
4- Συμπεριφορά παραμόρφωσης
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η δοκιμή εφελκυσμού τεντώνει τα υλικά εφαρμόζοντας δύναμη. Επομένως, το υλικό γίνεται λεπτότερο καθώς τεντώνεται. Θα γίνεται όλο και λεπτότερο με την αύξηση της τάσης. Θα υπάρξει ένα σημείο όπου θα παρατηρήσετε ότι ένα υλικό υφίσταται στένωση.
Σε αυτό το στάδιο, το υλικό θα έχει εύθραυστη επιφάνεια διατομής. Άλλα μέρη του υλικού θα είναι μικρότερα από αυτόν τον λαιμό. Η δοκιμή συμπίεσης εφαρμόζει δύναμη για τη συμπίεση του υλικού. Ως αποτέλεσμα, το υλικό μικραίνει και το μέγεθός του θα μειωθεί. Εάν το υλικό είναι εύθραυστο, μπορεί ακόμη και να σπάσει και να θρυμματιστεί.
5- Ιδιότητες υλικού που μετρήθηκαν
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, και οι δύο αυτές μέθοδοι δοκιμών μας βοηθούν να γνωρίζουμε διαφορετικές παραμέτρους. Ωστόσο, κάθε δοκιμή μας παρέχει διαφορετικές παραμέτρους για τα υλικά. Η δοκιμή εφελκυσμού περιλαμβάνει πληροφορίες για τις ακόλουθες παραμέτρους:
- Αντοχή σε διαρροή
- Σημείο θραύσης
- Συμπεριφορά λαιμητόμου
- Επιμήκυνση (Ολκιμότητα)
- Αντοχή σε εφελκυσμό (UTS)
- Συντελεστής Young's Modulus (Συντελεστής ελαστικότητας)
Όλες αυτές οι παράμετροι σχετίζονται με την τάνυση των υλικών. Από την άλλη πλευρά, η δοκιμή συμπίεσης μας παρέχει επίσης ορισμένες παραμέτρους. Αυτές οι παράμετροι αφορούν κυρίως την ώθηση, τη συμπίεση και τη συμπίεση. Ακολουθεί ο κατάλογος αυτών των βασικών παραμέτρων.
- Αντοχή σε θλίψη
- Όριο ελαστικότητας σε θλίψη
- Παραμόρφωση, σύντμηση & σύνθλιψη
- Συντελεστής ελαστικότητας Young (σε συμπίεση)
Να θυμάστε ότι το όριο διαρροής και το όριο θλίψης έχουν την ίδια έννοια για διαφορετική συμπεριφορά. Το όριο διαρροής είναι η δύναμη που αντέχει ένα υλικό πριν παραμορφωθεί μόνιμα. Ομοίως, η αντοχή σε θλίψη είναι η μέγιστη τάση ή δύναμη που δέχεται το υλικό πριν συντριβεί ή αποτύχει.
6- Συνήθως δοκιμαζόμενα υλικά
Και οι δύο δοκιμές διαφέρουν ως προς τα υλικά που εξετάζουν. Η δοκιμή εφελκυσμού είναι γενικά κατάλληλη για τα υλικά που είναι επιρρεπή στην επιμήκυνση. Με την καταπόνηση, τα υλικά αυτά συνήθως διαστέλλονται και αυξάνουν το μέγεθός τους. Παραδείγματα τέτοιων υλικών είναι τα πλαστικά, οι πολυεστέρες, το καουτσούκ και τα μέταλλα, δηλαδή ο χάλυβας. Από την άλλη πλευρά, η δοκιμή συμπίεσης δεν δοκιμάζει τέτοια υλικά.
Αντίθετα, δοκιμάζει τα υλικά που είναι εύθραυστα. Αυτό σημαίνει ότι αυτά τα εύθραυστα μπορούν να σπάσουν όταν υποβληθούν σε ακραία φόρτιση. Παραδείγματα τέτοιων υλικών είναι τα κεραμικά, το σκυρόδεμα, τα τούβλα, το ξύλο και άλλα. Αυτά τα υλικά δεν επιμηκύνονται όταν ασκείται σε αυτά δύναμη. Αντίθετα, είναι πιο πιθανό να ραγίσουν και να σπάσουν λόγω του φορτίου που υπερβαίνει τα όριά τους.
7- Παρουσία λαιμητόμου
Η στένωση είναι ένα συνηθισμένο φαινόμενο στις δοκιμές εφελκυσμού. Όπως γνωρίζετε, τα όλκιμα υλικά, κατά την έλξη, διαστέλλονται και επιμηκύνονται. Εάν συνεχίσετε να τραβάτε, το υλικό θα φτάσει στην τελική του αντοχή σε εφελκυσμό. Μετά από αυτό το στάδιο, θα δείτε ένα στένωμα του υλικού. Ορισμένα τμήματα του υλικού θα είναι λεπτότερα από τα υπόλοιπα. Αυτό το τμήμα γίνεται όλο και πιο λεπτό αν συνεχίσετε να το τραβάτε.
Αυτό το λεπτό τμήμα του υλικού αναφέρεται ως λαιμός. Γενικά, το υλικό σπάει σε αυτό το λεπτό τμήμα (λαιμός). Στη δοκιμή συμπίεσης, το υλικό υφίσταται συμπίεση, όχι έλξη. Έτσι, ωθείται και δεν συμβαίνει λαιμός στα υλικά. Αυτός ο λαιμός είναι χαρακτηριστικός μόνο σε πολλά όλκιμα υλικά, όπως τα μέταλλα και τα πλαστικά.
8- Κόστος και πολυπλοκότητα της εγκατάστασης δοκιμών
Η δοκιμή εφελκυσμού είναι γενικά πιο δαπανηρή και πολύπλοκη σε σύγκριση με την αντίστοιχη δοκιμή. Ο λόγος είναι ότι οι μηχανές δοκιμής εφελκυσμού είναι ακριβές. Επιπλέον, αυτές οι μηχανές χρειάζονται λαβές που λειτουργούν ως εξαρτήματα. Κρατούν και τραβούν το υλικό και από τα δύο άκρα και ελέγχει την αντοχή σε εφελκυσμό.
Εάν το υλικό δεν είναι ευθυγραμμισμένο μεταξύ αυτών των εξαρτημάτων, η δοκιμή αυτή δεν θα δώσει ακριβές αποτέλεσμα. Ο δοκιμαστής εφελκυσμού χρησιμοποιεί επίσης εκτασιόμετρα για τη μέτρηση της επιμήκυνσης του υλικού. Όλες αυτές οι πτυχές καθιστούν τη δοκιμή εφελκυσμού μια πολύπλοκη και λιγότερο φιλική προς τον χρήστη διαδικασία.
Από την άλλη πλευρά, η δοκιμή συμπίεσης είναι απλή. Το μηχάνημα που χρησιμοποιείται σε αυτή τη δοκιμή διαθέτει δύο πλάκες. Το υλικό τοποθετείται μεταξύ αυτών των πλακών. Στη συνέχεια, οι πλάκες συμπιέζουν το υλικό και από τις δύο πλευρές και ελέγχουν τη συμπεριφορά του υπό πίεση. Επιπλέον, αυτά τα μηχανήματα είναι φθηνά, γεγονός που καθιστά αυτή τη δοκιμή οικονομικά αποδοτική.
Συχνές ερωτήσεις
Ο εφελκυσμός είναι το ίδιο με τη συμπίεση;
Όχι. Ο εφελκυσμός αναφέρεται στην ελαστικότητα των υλικών. Η δοκιμή εφελκυσμού ελέγχει πόσο ελαστικό είναι ένα υλικό υπό τάση. Η συμπίεση αναφέρεται στη διαδικασία συμπίεσης ή πίεσης ενός υλικού. Αυτή η δοκιμή συμπιέζει το υλικό και ελέγχει τη συμπεριφορά του.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της αντοχής σε εφελκυσμό και της αντοχής σε θλίψη;
Η αντοχή σε εφελκυσμό δείχνει τη μέγιστη τάση (έλξη) που μπορεί να αντέξει ένα υλικό. Μετά από αυτό το σημείο, το υλικό παραμορφώνεται μόνιμα. Αντίθετα, η αντοχή σε θλίψη είναι η μέγιστη τάση ώθησης ή συμπίεσης που μπορεί να αντέξει ένα υλικό. Μετά την αντοχή σε θλίψη, το υλικό θα ραγίσει και θα σπάσει.
Μπορεί το ίδιο μηχάνημα να εκτελέσει δοκιμές εφελκυσμού και συμπίεσης;
Ναι, η σύγχρονη καθολική μηχανή δοκιμής (UTM) διαθέτει τόσο λαβές όσο και πλάκες. Οι λαβές βοηθούν στην εκτέλεση δοκιμών εφελκυσμού. Από την άλλη πλευρά, οι πλάκες που υπάρχουν σε αυτές τις μηχανές βοηθούν στην εκτέλεση της δοκιμής συμπίεσης. Παλαιότερα, βασιζόμασταν σε δύο διαφορετικές μηχανές για αυτές τις δοκιμές.
Συμπέρασμα
Τόσο οι δοκιμές συμπίεσης όσο και οι δοκιμές εφελκυσμού χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορες βιομηχανίες. Διαφέρουν μεταξύ τους και χρησιμοποιούνται για τη δοκιμή διαφορετικών τύπων υλικών. Ωστόσο, η σημασία τους είναι ίση και οι μηχανικοί τις θεωρούν ζωτικής σημασίας για τη λήψη αποφάσεων.
Να θυμάστε ότι οι μηχανικοί επιλέγουν ένα υλικό μόνο αφού γνωρίζουν τις αντοχές και τις δυνατότητές του. Σε αυτό το άρθρο, έχω συζητήσει οκτώ βασικές διαφορές μεταξύ αυτών των δοκιμών. Να θυμάστε ότι οι δοκιμές εφελκυσμού περιλαμβάνουν τράβηγμα και τέντωμα των υλικών. Η δοκιμή συμπίεσης συνίσταται στην άσκηση πίεσης στο υλικό και στην παρατήρηση της συμπεριφοράς του υπό πίεση.