هل تساءلت يومًا لماذا تنحني بعض المواد بينما تنكسر مواد أخرى؟ يتحدد هذا السلوك الحاسم من خلال قوة الخضوع، وهي خاصية أساسية تحدد الإجهاد الذي تبدأ عنده المادة في التشوه بشكل دائم. في هذه المقالة، سوف نستكشف مفهوم مقاومة الخضوع وأهميتها في الهندسة والعوامل التي تؤثر عليها. وفي النهاية، ستفهم كيف تؤثر قوة الخضوع على اختيار المواد وتصميمها، مما يضمن أن تكون الهياكل آمنة وفعالة في آنٍ واحد.
قوة الخضوع هي حد الخضوع لـ المواد المعدنية عند حدوث الخضوع، وهو أيضًا الإجهاد المقاوم للتشوه اللدني الجزئي.
بالنسبة للمواد المعدنية التي ليس لها خضوع واضح، يتم تحديد قيمة الإجهاد التي تنتج 0.2% التشوه المتبقي كحد خضوعها، وهو ما يسمى حد الخضوع الشرطي أو قوة الخضوع.
ستؤدي القوة الخارجية التي تتجاوز قوة الخضوع إلى فشل دائم للمكون ولا يمكن إصلاحها.
على سبيل المثال، تبلغ مقاومة الخضوع للفولاذ منخفض الكربون 207 ميجا باسكال. عند تعريضه لقوة خارجية تتجاوز هذا الحد، سيتعرض المكون لتشوه دائم.
ومع ذلك، إذا كانت القوة الخارجية أقل من هذا الحد، سيعود المكوّن إلى شكله الأصلي.
قوة الخضوع هو مؤشر تقييم شائع الاستخدام للخواص الميكانيكية للمواد الصلبة ويمثل حد الخدمة الفعلي للمادة. عندما يتجاوز الإجهاد على المادة حد الخضوع الخاص بها، يحدث نخر وتتعرض المادة لتشوه سريع، مما يؤدي إلى تلفها ويجعلها غير صالحة للاستخدام.
عندما يتجاوز الضغط على المادة حد المرونة ويدخل مرحلة الخضوع، يزداد معدل التشوه. خلال هذه المرحلة، تتعرض المادة لكل من التشوه المرن واللدائن. عند النقطة التي يزداد فيها الإجهاد اللدن بشكل حاد، يتذبذب الإجهاد والانفعال بشكل طفيف، مما يؤدي إلى الخضوع. ويشار إلى الحد الأقصى والأدنى للإجهاد في هذه المرحلة بنقطة الخضوع العليا ونقطة الخضوع السفلى، على التوالي.
نظرًا لأن قيمة نقطة الخضوع السفلى مستقرة نسبيًا، فإنها تعتبر مؤشرًا موثوقًا لمقاومة المادة ويشار إليها عادةً باسم نقطة الخضوع أو قوة الخضوع (ReL أو Rp0.2).
بعض أنواع الفولاذ، مثل فولاذ عالي الكربونلا تظهر ظاهرة خضوع واضحة. في مثل هذه الحالات، تُعرَّف قوة الخضوع بأنها الإجهاد الذي يحدث عنده تشوه طفيف في اللدونة (0.2%) ويعرف باسم قوة الخضوع الشرطي.
عندما يتم تطبيق قوة على مادة ما، فإنها تتعرض للتشوه. يمكن تقسيم هذا التشوه إلى نوعين: التشوه المرن، حيث تعود المادة إلى شكلها الأصلي عند إزالة القوة الخارجية، والتشوه اللدائني، حيث يتغير شكل المادة بشكل دائم، مما يؤدي إلى الاستطالة أو التقصير.
تُستخدم قوة الخضوع لصلب الإنشاءات كأساس لتحديد إجهاد التصميم. حد الخضوع، الذي يرمز له عادةً ب σs، هو قيمة الإجهاد الحرجة التي تنتج عندها المادة.
تستخدم قوة الخضوع عادةً كمؤشر تقييم للخواص الميكانيكية للمواد الصلبة وتمثل حد الخدمة الفعلي للمادة. عندما يتجاوز الإجهاد على المادة حد الخضوع، يحدث تشوه بلاستيكي ويزداد الإجهاد، مما يجعل المادة غير صالحة وغير قابلة للاستخدام.
1. محصول الجنون: ظاهرة الجنون وتبييض الإجهاد.
2. خضوع القص.
تحديد قوة الخضوع
بالنسبة للمواد المعدنية التي لا تُظهر ظاهرة خضوع واضحة، يتم قياس قوة الاستطالة غير التناسبية المحددة أو إجهاد الاستطالة المتبقي المحدد. بالنسبة للمواد المعدنية التي تُظهر ظاهرة خضوع واضحة، يمكن قياس قوة الخضوع وقوة الخضوع العلوية وقوة الخضوع السفلية.
عادةً ما يتم قياس مقاومة الخضوع السفلية فقط. هناك طريقتان شائعتان لتحديد قوة الخضوع العليا وقوة الخضوع السفلى: الطريقة البيانية وطريقة المؤشر.
طريقة الرسم البياني
أثناء الاختبار، يتم استخدام جهاز تسجيل آلي لرسم مخطط القوة-الإزاحة. يجب أن يكون الإجهاد، الذي يمثله نسبة محور القوة لكل ملليمتر، أقل من 10 نيوتن/مم^2، ويجب أن يمتد المنحنى إلى نهاية مرحلة الخضوع كحد أدنى.
لتحديد قوة الخضوع وقوة الخضوع العليا وقوة الخضوع السفلى، يتم حساب القوة الثابتة (Fe) عند منصة الخضوع على المنحنى، والقوة القصوى (Feh) قبل أول انخفاض في القوة خلال مرحلة الخضوع، والقوة الدنيا (FeL) بدون التأثير اللحظي الأولي.
يمكن حساب قوة الخضوع باستخدام المعادلة التالية: Re = Fe/So، حيث Fe هي القوة الثابتة عند الخضوع.
تُحسب قوة الخضوع العليا على النحو التالي: Reh = Feh/So، حيث Feh هي القوة القصوى قبل أول انخفاض في القوة خلال مرحلة الخضوع.
تُحسب قوة الخضوع الدنيا على النحو التالي: ReL = FeL/So، حيث FeL هي الحد الأدنى للقوة بدون التأثير اللحظي الأولي.
طريقة المؤشر
أثناء الاختبار، يتم تحديد قوة الخضوع وقوة الخضوع العلوية وقوة الخضوع السفلية عن طريق قياس القوة الثابتة عندما يتوقف مؤشر قرص قياس القوة عن الدوران للمرة الأولى، والقوة القصوى قبل دوران المؤشر للمرة الأولى، والقوة الدنيا التي لا تصل إلى التأثير اللحظي الأولي، على التوالي.
هناك ثلاثة معايير للإنتاجية شائعة الاستخدام في هندسة الإنشاءات:
العوامل الداخلية التي تؤثر على العائد قوة المواد تشمل الترابط والتركيب والطبيعة الذرية وغير ذلك. عند مقارنة العائد قوة المعادن مع تلك الخاصة بالسيراميك والبوليمرات، فمن الواضح أن تأثير الترابط أساسي.
من المنظور الهيكلي، هناك أربع آليات تقوية يمكن أن تؤثر على قوة الخضوع للمواد المعدنية:
تُعد التقوية بالترسيب وتكرير الحبيبات من الطرق الشائعة الاستخدام لتعزيز قوة الخضوع للسبائك الصناعية. من بين آليات التقوية هذه، يمكن للآليات الثلاث الأولى تحسين قوة المادة، ولكنها تقلل أيضًا من مرونتها. أما تنقية الحبيبات فهي الطريقة الوحيدة لتحسين كل من القوة واللدونة.
تشمل العوامل الخارجية التي تؤثر على مقاومة الخضوع درجة الحرارة ومعدل الإجهاد وحالة الإجهاد. مع انخفاض درجة الحرارة وزيادة معدل الإجهاد، تزداد مقاومة الخضوع للمواد، خاصةً بالنسبة للمعادن المكعبة المتمركزة في الجسم. هذه المعادن حساسة للغاية لدرجة الحرارة ومعدل الإجهاد، مما يؤدي إلى فشل هش في درجات الحرارة المنخفضة في الفولاذ.
كما أن تأثير حالة الإجهاد مهم أيضًا، حيث إن مقاومة الخضوع مؤشر مهم يعكس الخواص الداخلية للمواد. ومع ذلك، يمكن أن تختلف قيم مقاومة الخضوع باختلاف حالات الإجهاد. يُشار عادةً إلى مقاومة الخضوع إلى مقاومة الخضوع في حالة الشد أحادي المحور.
وفقًا لطرق تصميم القوة التقليدية، يتم تحديد الإجهاد المسموح به [σ] للمواد البلاستيكية على أساس قوة الخضوع (σ/س) ويتم حسابه على أنه [σ]= σys/n، حيث n هو عامل أمان يمكن أن يتراوح من 1.1 إلى 2 أو أعلى حسب الحالة. بالنسبة للمواد الهشة، يتم تحديد الإجهاد المسموح به [σ] على أساس قوة الشد (σb) ويتم حسابه على أنه [σ]= σb/n، حيث n هو 6 بشكل عام.
من المهم ملاحظة أن طريقة تصميم القوة التقليدية غالبًا ما تعطي الأولوية لمقاومة الخضوع العالية للمواد، مما قد يؤدي إلى انخفاض مقاومة الكسر الهش. مع زيادة قوة الخضوع للمواد، تصبح أكثر عرضة للتآكل الإجهادي و تقصف الهيدروجين. وعلى العكس من ذلك، تميل المواد ذات قوة الخضوع المنخفضة إلى قابلية جيدة للتشكيل على البارد و قابلية اللحام.
في الختام، تُعد قوة المردود مؤشرًا حاسمًا في خواص المواد ويوفر مقياسًا تقريبيًا لمختلف السلوكيات الميكانيكية والخصائص التكنولوجية للمواد في الهندسة.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO