תוֹכֶן
- הגדרת חוזק כיפות
- בדיקות שלוש נקודות או ארבע נקודות
- חישוב חוזק גמיש של מבחן שלוש נקודות
- חישוב חוזק גמיש של מבחן ארבע נקודות
לגלות כמה כוח אובייקט יכול לסבול לפני שבירת מועיל במצבים רבים, במיוחד עבור מהנדסים. יש לקבוע זאת על סמך תוצאות ניסוי, הכרוכות בעיקרו בחשיפת החומר לכמויות כוח גדלות עד שהוא נשבר או מתכופף לצמיתות. אבל ביצוע החישובים בפועל כדי לבחון את חוזק הכפיפה של חומר יכול להראות ממש מאתגר. למזלנו, בתנאי שיש לכם את המידע הנכון בידכם תוכלו להתמודד עם החישוב בקלות.
הגדרת חוזק כיפות
חוזק כיפות (או מודול הקרע) הוא כמות הכוח שאובייקט יכול לנקוט בלי לשבור או לעוות את התמיד. אם זה קשה לסובב את הראש, חשוב על קרש עץ נתמך בשני קצוות. אם אתה רוצה לדעת עד כמה העץ חזק, דרך אחת לבחון את זה היא לדחוף את מרכז הקרש חזק יותר ויותר עד שהוא יתקלקל. הכוח הדוחף המרבי שהוא יכול לעמוד לפני שבירה הוא חוזק הכפיפה של העץ. אם פיסת עץ אחרת הייתה חזקה יותר, היא הייתה תומכת בכוח גדול יותר לפני שנשבר.
חוזק כיפוף באמת אומר לך את כמות המתח המקסימלית שהחומר יכול להפעיל (כך שתוכל לראות גם התייחסות ל"לחץ גמיש "), והיא מצוטטת ככוח (בניוטון או כוח פאונד) לכל שטח יחידה (במטרים בריבוע או סנטימטרים רבועים).
בדיקות שלוש נקודות או ארבע נקודות
ישנן שתי שיטות לבדיקת חוזק כיפוף, אך הן דומות מאוד. דגימה מלבנית ארוכה של החומר נתמכת בקצותיה, כך שאין תמיכה באמצע, אך הקצוות יציבים. עומס או כוח מוחלים אז על החלק האמצעי עד שהחומר נשבר.
לבדיקת כיפוף של שלוש נקודות, העומס ההולך וגובר מוחל מוחל במרכז המדגם עד שישנו פריצה או עקיפה קבועה בחומר. מכונת בדיקת כיפוף יכולה להפעיל כמויות גדלות של כוח ולרשום במדויק את כמות הכוח בנקודה של שבירה.
מבחן כיפוף של ארבע נקודות דומה מאוד, למעט העומס מוחל בשתי נקודות בו זמנית, שוב לעבר מרכז הדגימה. הכי קל לחשב את חוזק הכפיפה כשמפעילים עומס או כוח אחד שליש מהדרך בין התומכים והשני מוחל שני שליש מהדרך ביניהם. אז בדוגמה זו בשליש האמצעי של הדגימה היו כוחות המופעלים משני צדיו.
חישוב חוזק גמיש של מבחן שלוש נקודות
לבדיקה בת שלוש נקודות, חוזק הכפיפה (בהינתן הסמל σ) ניתן לחשב באמצעות:
σ = 3FL / 2wd2
זה אולי נראה בהתחלה מפחיד, אבל ברגע שאתה יודע מה המשמעות של כל סמל, זו משוואה די פשוטה לשימוש.
ו פירושו הכוח המרבי המופעל, ל הוא אורך המדגם, w הוא רוחב המדגם ו- ד הוא עומק המדגם. אז כדי לחשב את חוזק הכפיפה (σ), הכפלו את הכוח באורך המדגם, ואז הכפילו את זה בשלושה. לאחר מכן הכפלו את עומק הדגימה בפני עצמה (כלומר, ריבסו אותה), הכפלו את התוצאה ברוחב המדגם ואז הכפלו אותה בשניים. לבסוף, חלקו את התוצאה הראשונה בשנייה.
ביחידות SI יימדדו אורך, רוחב ועומק במטר, ואילו הכוח יימדד בניוטונים, והתוצאה היא פסקלים (פא), או ניוטון למטר בריבוע. ביחידות אימפריאליות יימדדו אורכים, רוחבים ועומקים בסנטימטרים, וכוח יימדד בכחצי קילוגרמים, וכתוצאה מכך קילוגרמים לאינץ '.
חישוב חוזק גמיש של מבחן ארבע נקודות
מבחן ארבע הנקודות משתמש באותם סמלים כמו חישוב מבחן שלוש הנקודות.אבל בהנחה ששני העומסים או הכוחות מופעלים כך שהם מפצלים את המדגם לשליש, זה נראה הרבה יותר פשוט:
σ = FL / wd2
שימו לב שזה זהה לנוסחה לבדיקות שלוש נקודות, אך ללא הגורם 3/2. כל שעליך לעשות הוא להכפיל את הכוח המופעל על ידי האורך ואז לחלק את זה ברוחב החומר כפול בעומקו בריבוע.