Giriş
Mühendislikte malzemeler farklı tipte yüklere maruz kalırlar. Malzemelerin maruz kalabileceği yükler çekme, basma, eğilme, kesme veya bükülme olarak sıralanabilir. Aynı zamanda bu yükler statik veya dinamik olarak farklılık gösterebilir. Malzeme bu yüklerden bir veya birkaçına aynı anda karşı koymak zorunda kalabilir. Bu durumda hangi malzemenin hangi koşullar altında kullanılacağının bilinmesi gerekir. Malzemeleri gruplandırmak için belirli yükler altında verdikleri tepkiler testlerle gözlenir ve malzemelerin mekanik özellikleri böylece ortaya çıkar.
Elastikiyet özelliklerini elde etmek için yapılan testleri statik ve dinamik olarak ayırabiliriz. Bir testin statik olabilmesi için kuvvetin maksimum 1 Hz frekansta, sabit ve sadece bir kez uygulanması gerekir. Bu durumda gerilme sabittir ve statik testte uzama oranı 0,25'ten küçüktür. Statik testler aniden değişen yükler için yeterli bir model oluşturamadığından bu tip yükler için dinamik testler kullanılır. Dinamik testlerde yük değişkendir ve numuneye sinüzoidal bir deformasyon uygulanır. Bu testler yüksek veya düşük sıcaklıklarda da gerçekleştirilebilir. Dinamik testler sonucunda sertlik ve sönümleme bilgileri elde edilir. Yorulma testlerini dinamik testlerin bir alt dalı olarak inceleyebiliriz. Yük çevrimsel olarak uygulanır. Bu testler çekme-çekme, basma-basma veya basma-ters çekme çevrimleri ile gerçekleştirilir. Yorulma testi sonucunda malzemelerin ömürleri belirlenebilir. Yorulma testi ile yorulma dayanımı ve çatlama direnci de belirlenir.
Çekme Testi
Çekme testi, malzemelerin mukavemet özelliklerini belirlemek için mühendislikte en yaygın kullanılan testlerden biridir. İzotropik malzemelerin mekanik özelliklerini belirlemek için yapılır. Bu test temel olarak numune üzerine zıt yüzlerden aynı yönde bir çekme kuvveti uygulanması ve malzeme kırılana kadar malzeme üzerindeki gerilmenin izlenmesi esasına dayanır. Çekme testi sonucunda malzemenin akma dayanımı, maksimum çekme dayanımı, süneklik, Young modülü, kayma modülü ve Poisson oranı elde edilebilmektedir.
Gerilme - Gerinim Eğrileri
Gerilme ve Gerinim Eğrileri
Test sırasında malzemeye uygulanan nominal çekme gerilimi aşağıdaki gibidir:
Burada F çekme kuvveti ve A_0 gerilme altındaki kesit alanıdır. Ve gerinim şu şekilde tanımlanır;
Burada L_0 spesifikasyonun başlangıç uzunluğu ve Δ_L testten sonra malzemenin uzamasıdır.
Testten elde edilen değerler ile gerilme-gerinim eğrisi elde edilir. Bu eğri malzemenin kırılma noktasını, akma mukavemetini, maksimum çekme mukavemetini ve gevreklik-süneklik durumunu ortaya koyar. Bir diğer faydası ise malzemenin boyutlarından bağımsız olarak bilgi vermesidir.
Yukarıdaki diyagram kırılgan bir malzemenin gerilme-şekil değiştirme eğrisini göstermektedir.
Çoğu eğri için başlangıç kısmı doğrusaldır. Gerilme-uzama eğrisindeki uzamanın 0,2% olduğu noktadan eğrinin eğimine paralel bir eğri çizildiğinde eğri üzerinde akma dayanımı değeri elde edilir. Bir malzemenin akma dayanımını kullanarak kalıcı hasar olmadan dayanabileceği maksimum gerilmeyi belirleyebiliriz. Bu noktaya kadar nesne elastik bölgededir. Bundan sonra malzeme, üzerine uygulanan kuvvetlerin kalıcı hasara neden olduğu plastik bölgeye girer.
Akma Gerilmesi
Akma dayanımını bulmak için çizdiğimiz hayali doğrunun eğimi bize önemli bir malzeme özelliği olan Young modülünü verir. Young modülü şu şekilde elde edilir:
Aşağıdaki denklem, yatay yer değiştirmenin dikey yer değiştirmeye oranının negatifi olan Poisson oranını temsil etmektedir:
Test
Çekme testinde kullanılan numunelerin kesit görünümlerinin çoğu şekilde gösterilmiştir. Numuneler tabaka veya silindir olarak oluşturulabilir.
Çeşitli malzemelere ve ölçüm hassasiyeti seviyelerine bağlı olarak farklı bağlama türleri kullanılabilir. Her bağlama yönteminin kendine göre avantaj ve dezavantajları vardır.
Sıkıştırma Testi
Sıkıştırma testi, malzemelerin sıkıştırıldığında veya ezildiğinde nasıl davrandığını gösterir. Test genellikle madde parçalanana kadar veya önceden belirlenmiş bir sınıra kadar sürer. Böylece malzemenin yırtılmadan önce dayanabileceği yük ve bu noktaya kadar olan bozulma derecesi hesaplanır. Bir malzemeyi test etmek için genellikle ısıtılır veya soğutulur ve birçok yönde basınç kuvvetine maruz bırakılır. Bununla birlikte, testler çeşitli ayarlar altında gerçekleştirilebilir.
Çekme mukavemeti yüksek olan malzemeler genellikle düşük basınç mukavemetine sahiptir. Bu nedenle bu malzemeler basma testi ile incelenir. Üzerinde en çok basma testi yapılan malzemeler genellikle kırılgan malzemelerdir, örneğin kompozitler, beton, ahşap, metal ve tuğla malzemeler; polimerler, plastikler ve köpükler.
Sıkıştırma testi sonucunda bir kuvvet-gerinim eğrisi elde edilir. Kuvvet daha sonra gerilme-gerinim eğrisi oluşturmak için gerilime dönüştürülür. Bu eğri, çekme testindeki gerilme-şekil değiştirme eğrisine çok benzer. Sadece eksenler kısalmayı gösterecek yöndedir.
Sıkıştırma Gerilmesi - % Sıkıştırma Deformasyonu
Çekme testindeki hesaplamalar basma testi için de geçerlidir. basma stresi şu şekilde ifade edilir;
Kırma
Ezme, test sırasında malzemenin ne kadar kısaldığını ifade etmek için kullanılır.
Ezilmeyi ifade edin.
Şişme
Şişme, test edilen malzemenin enine kesitindeki büyümedir. Sünek malzemeler şişmeye daha yatkındır. Tarafından resmileştirilmiştir:
Test
Gevrek malzemeler tipik olarak sıkıştırma testlerinin konusudur. Sert köpüklerin sıkıştırma özellikleri ISO 844 tarafından standartlardan bir örnek olarak verilmiştir. Bu standartta kesit alanı değerleri ve formları, sıcaklık-nem değerleri ve beklenen numune sonuçları belirtilmiştir. Gerilmeler kPa cinsinden belirtilmiştir.
Standartta yer alan sıkıştırma esnekliği değeri aşağıdaki gibidir:
Burada, σ_e, geleneksel elastik bölgenin sonundaki kuvvet, h_0 malzemenin başlangıçtaki kalınlığı ve x_e gerilmeyi oluşturan kuvvetin izlediği yoldur.
Aşağıda sıkıştırma testleri için geliştirilen standartlardan birkaçı verilmiştir:
ASTM D575-91 - Sıkıştırmada Kauçuk Özellikleri İçin Standart Test Yöntemleri
ASTM E9-19 - Metalik Malzemelerin Oda Sıcaklığında Sıkıştırma Testine İlişkin Standart Test Yöntemleri
TS EN ISO 14126 - Elyaf takviyeli plastik kompozitler - Düzlem içi doğrultuda basma özelliklerinin tayini
Tekniğin Açıklaması
Bir numunenin çekme ve basma koşulları altındaki mekanik davranışının değerlendirilmesi, bileşen tasarımı ve hizmet performansı değerlendirmesi için kritik olan temel malzeme özelliği verilerini sağlamak için gerçekleştirilebilir. Çekme ve basma mukavemeti değerleri için gereklilikler ve bu özellikleri test etme yöntemleri, çok çeşitli malzemeler için çeşitli standartlarda belirtilmiştir. Testler, işlenmiş malzeme numuneleri üzerinde veya gerçek bileşenlerin tam boyutlu veya ölçekli modelleri üzerinde gerçekleştirilebilir. Bu testler tipik olarak evrensel bir mekanik test cihazı kullanılarak gerçekleştirilir.
Çekme testi, eksenel çekme yüklemesi altında malzemelerin davranışını belirlemek için kullanılan bir yöntemdir. Testler, numunenin test cihazına sabitlenmesi ve ardından test cihazı çaprazkafalarının ayrılmasıyla numuneye bir kuvvet uygulanmasıyla gerçekleştirilir. Çaprazkafa hızı, test numunesindeki gerilme oranını kontrol etmek için değiştirilebilir. Testten elde edilen veriler çekme mukavemetini, akma mukavemetini ve elastikiyet modülünü belirlemek için kullanılır. Testten sonra numune boyutlarının ölçülmesi, malzemenin sünekliğini karakterize etmek için alanın küçültülmesini ve uzama değerlerini de sağlar. Çekme testleri metaller, plastikler, elyaflar, yapıştırıcılar ve kauçuklar dahil olmak üzere birçok malzeme üzerinde gerçekleştirilebilir. Testler, ortam altı ve yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilebilir.
Sıkıştırma testi, malzemelerin sıkıştırma yükü altındaki davranışını belirlemek için kullanılan bir yöntemdir. Sıkıştırma testleri, test numunesini iki plaka arasına yükleyerek ve ardından çapraz kafaları birlikte hareket ettirerek numuneye bir kuvvet uygulayarak gerçekleştirilir. Test sırasında numune sıkıştırılır ve uygulanan yüke karşı deformasyon kaydedilir. Sıkıştırma testi, elastik limit, oransal limit, akma noktası, akma dayanımı ve (bazı malzemeler için) basınç dayanımını belirlemek için kullanılır.
Analitik Bilgi
Basınç Dayanımı - Basınç dayanımı, bir malzemenin kırılmadan dayanabileceği maksimum basınç gerilmesidir. Gevrek malzemeler test sırasında kırılır ve belirli bir basınç dayanımı değerine sahiptir. Sünek malzemelerin basınç dayanımı, test sırasındaki bozulma derecelerine göre belirlenir.
Elastik Limit - Elastik limit, bir malzemenin gerilim kaldırıldıktan sonra kalıcı deformasyon olmadan dayanabileceği maksimum gerilimdir.
Uzama - Uzama, bir çekme testinde kırılan bir numunenin kalıcı uzama miktarıdır.
Esneklik Modülleri - Elastisite modülü, gerilmenin (oransal sınırın altında) gerinime oranı, yani gerilme-gerinim eğrisinin eğimidir. Bir metalin sertliğinin veya katılığının ölçüsü olarak kabul edilir.
Oransal Limit - Oransal limit, bir malzemenin gerilme-gerinim eğrisinin doğrusal ilişkisinden sapmadan, yani plastik deformasyon geliştirmeden ulaşabileceği en büyük gerilme miktarıdır.
Alan Azaltımı - Alandaki azalma, bir çekme numunesinin orijinal kesit alanı ile testi takiben kırılma sonrasındaki en küçük alan arasındaki farktır.
Strain - Gerilme, kuvvet nedeniyle bir malzemenin boyutunda veya şeklinde meydana gelen değişim miktarıdır.
Verim Noktası - Akma noktası, bir malzemede gerilmede artış olmaksızın gerilmede artışın meydana geldiği gerilmedir (genellikle elde edilebilecek maksimum gerilmeden daha azdır). Sadece belirli metallerin akma noktası vardır.
Akma Dayanımı - Akma dayanımı, bir malzemenin doğrusal gerilme-gerinim ilişkisinden belirli bir sapma gösterdiği gerilimdir. Metaller için genellikle 0,2%'lik bir sapma kullanılır.
Nihai Çekme Dayanımı - Nihai gerilme mukavemeti veya UTS, bir malzemenin kırılmadan dayanabileceği maksimum gerilme stresidir. Çekme testi sırasında uygulanan maksimum yükün numunenin orijinal kesit alanına bölünmesiyle hesaplanır.
Tipik Uygulamalar
Çekme ve sıkıştırma ürün spesifikasyonlarıyla karşılaştırmak için hammadde özellikleri
İstenen mekanik davranış ve hizmet performansı için sonlu eleman modellemesi veya diğer ürün tasarımı için malzeme özellik verilerinin elde edilmesi
Hizmette bileşen mekanik performansının simülasyonu
Örnek Gereksinimler
Metaller ve plastikler üzerindeki standart çekme testleri, özel olarak hazırlanmış test numuneleri üzerinde gerçekleştirilir. Bu numuneler işlenmiş silindirik numuneler veya düz plaka numuneleri (dogbone) olabilir. Test numuneleri, tekrarlanabilir sonuçlar üretmek ve standartlara uymak için test alanında (mastar) belirli bir uzunluk / genişlik veya çap oranına sahip olmalıdır. test yöntemi Gereksinimler. Boru şeklindeki ürünler, fiberler ve teller, optimum kavrama ve hata konumunu destekleyen özel fikstürler kullanılarak tam boyutta çekme testine tabi tutulabilir.
Sıkıştırma testi için kullanılan en yaygın numune, düz uçlu dik dairesel bir silindirdir. Diğer şekiller kullanılabilir, ancak burkulmayı önlemek için özel fikstürler gerektirirler. Bileşen testi veya servis simülasyonları için özel konfigürasyonlar, kullanılacak özel test makinesine bağlıdır.
Çekme Testi ve Basma Testi Ekipmanları Arasındaki Fark
Çekme testlerinde, test makinesi çekme testi numunelerini birbirinden ayıran bir gerilim yükü veya kuvveti uygular. Plastik çekme testinde, çekme mukavemetini ve sertlik ve akma mukavemeti dahil diğer özellikleri ölçmek için test numunesi ayrılır. Plastik çekme testleri için üzerinde anlaşmaya varılmış yöntemler sağlayan birkaç yaygın endüstri standardı vardır. ASTM D638 ve ISO 527-2'nin her ikisi de benzer ancak farklı standartlaştırılmış test numunesi geometrisi ve boyutlarına sahiptir. Bu testler, numuneyi tutması ve test işlemi sırasında inceldikçe ayarlanması beklenen çekme çeneleri gerektirir. Bu aksesuarlar sıkıştırma fikstürlerinden farklıdır.
Sıkıştırma testlerinde, test makinesi test numunesini kırılana veya ezilene kadar ezmek için itici veya sıkıştırıcı bir yük veya kuvvet uygular. Bir polimer yapısal köpük malzemenin sıkıştırma testleri şu kapsamdadır ASTM D1621 kullanılan sıkıştırma plakalarının ve deflektometrenin türünü belirtir. Test numunesi, hücresel yapı başarısız olana veya yırtılana kadar sıkıştırma testi plakaları arasına yerleştirilir.
Üniversal bir test cihazı, çekme ve basma testlerinden birini veya her ikisini birden gerçekleştirebilir. Çaprazkafa, taban plakası ile hareketli kafa arasında bulunan test numunesini çekmek veya sıkıştırmak için kullanılabilir.
Çekme testi fikstürleri veya çeneleri ve gerinim sensörleri (ekstansometre olarak bilinir), sıkıştırma testlerini gerçekleştiremez. Ayrıca çekme çeneleri, tam test numunesi geometrisini ve boyutlarını kapsayacak şekilde özel olarak eşleştirilir. Sıkıştırma testi plakaları ve deflektometre de yalnızca sıkıştırma testi gerçekleştirebilir ve bu durumda her iki aksesuar setine de ihtiyaç duyulur.
Bu ürün hakkında daha fazla bilgi almak isterseniz, lütfen bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.