20. Материалдардың серпімділік модулін анықтауға болатын жолдарын көрсетіңіз.
Созу кезінде анықталатын E модулі қалыпты (нормальный) серпімділік модулі немесе Юнг модулі д.а. G – сырғу модулі (жанама серпімділікке қатысты), К – көлемдік серпімділік модулі (Р – гидростатикалық қысым, χ – көлемнің кішіреюі). Серпімділік модулі материалдың қатаңдығын, яғни, серпімділік деформациясы шамасы бойынша кернудің қарқындылығының ұлғаюын анықтайды.
Металдардың серпімді деформациясы механизмі атомдардың қайтымды араласып тепе- теңдік күйден кристалдық тор күйіне келуінен тұрады. Әр атомның орын ауыстыру шамасы неғұрлым үлкен болса, согұрлым, жалпы үлгінің серпімділік макродеформациясы үлкен болады. Металдардың бұл серпімді деформациясы шамасы үлкен болмайды (әдетте, серпімділік обласындағы салыстырмалы ұзару бір проценттен төмен) себебі, кристалдық тор атомдарының атомаралық орын ауыстыруы өте төмен шамада. Серпімділік модулдерінің мәні де осы металл құраушысы болып табылатын атомдардың деформацияға кедергісімен, яғни, тордағы атомдардың тепе -теңдік күйден атомдардың ауысуымен сипатталады. мысалы, е шамасы әр түрлі екі металды (1сурет, 1, 2-түзулер) салыстырса, е үлкен шамалы болған жағдайда кернеу үлкен (2 түзу).
20. Материалдардың серпімділік модулін анықтауға болатын жолдарын көрсетіңіз.
Серпімділік деформациясы кезеңінде үлгілер механикалық сынақтардың барлық түрлерінде өтеді.
Металдардың серпімділік деформациясы кезіндегі күйін Гук заңында баяндалған. Онда кернеу мен серпімді деформация арасындағы тура пропорционалдық анықталады. 3.1-суретте бір осьті созу, бұрау және гидростатикалық сығу кезіндегі бастапқы (серпімді ) кернеу– деформация учаскелер жиынтығы берілген.
Осы үш қисықтың әр қайсысының қиғаштануы, яғни, кернеу мен деформацияны байланыстыратын пропорционалдық коэффициенті серпімділік модулін сипаттайды:
E=S/e; G=t/g; K=P/χ.
а
– бір осьті созу кезіндегі деформация;
б – бұрау кезіндегі; в –
гидростатикалық
сығу кезіндегі деформация
3.1-сурет - Кернеу –деформация серпімді учаскелер жиынтығы
Осы үш қисықтың әр қайсысының қиғаштануы, яғни, кернеу мен деформацияны байланыстыратын пропорционалдық коэффициенті серпімділік модулін сипаттайды:
E=S/e; G=t/g; K=P/χ.
Созу кезінде анықталатын E модулі қалыпты (нормальный) серпімділік модулі немесе Юнг модулі д.а. G – сырғу модулі (жанама серпімділікке қатысты), К – көлемдік серпімділік модулі (Р – гидростатикалық қысым, χ – көлемнің кішіреюі). Серпімділік модулі материалдың қатаңдығын, яғни, серпімділік деформациясы шамасы бойынша кернудің қарқындылығының ұлғаюын анықтайды.
Металдардың серпімді деформациясы механизмі атомдардың қайтымды араласып тепе- теңдік күйден кристалдық тор күйіне келуінен тұрады. Әр атомның орын ауыстыру шамасы неғұрлым үлкен болса, согұрлым, жалпы үлгінің серпімділік макродеформациясы үлкен болады. Металдардың бұл серпімді деформациясы шамасы үлкен болмайды (әдетте, серпімділік обласындағы салыстырмалы ұзару бір проценттен төмен) себебі, кристалдық тор атомдарының атомаралық орын ауыстыруы өте төмен шамада. Серпімділік модулдерінің мәні де осы металл құраушысы болып табылатын атомдардың деформацияға кедергісімен, яғни, тордағы атомдардың тепе -теңдік күйден атомдардың ауысуымен сипатталады.
Серпімділік қасиеттерді анықтау әдістері: резонанстық, импульстік
Серпімділік қасиеттердің кейбір константаларын стандартты статикалық сынақтар көмегімен анықтауға болады. Созуға сынау нәтижесінде Е-ні (нормаль серпімділік), айналдыру кезінде G –ді (сырғуды) бағалайды. Көбінесе жоғарғы дәлдігімен ерекшеленетін арнайы динамикалық әдістерді пайдаланумен серпімділік модулдерін,ал Пуассон коэффициенттерін серпімдік- кернеулі үлгі бойы және деформация бағытына көлденең тор периодын анықтай отырып, рентгеноқұрылымдық талдау нәтижелері бойынша табады.
Әсіресе G сырғу модулін және Е нормаль серпімділік модулін анықтаудың динамикалық әдістері жақсы әзірленген. Барлық динамикалық әдістер зерттелетін үлгінің тербеліс жиілігі (резонанс әдістері) немесе ондағы дыбыс жылдамдығы (импульстік әдістер) серпімділік константаларына тәуелділігіне базаланады.
Резонанстық әдістерді қолдану кезінде өзекше түріндегі үлгі меншікті бойлық немесе көлденең толқындар жиілігінің біреуіне дейін қозады. Бұл толқындардың ұзындықтары үлгі радиусынан әжептәуір үлкен болуы керек. Онда еріксіз (вынуждающий) тербеліс жиілігімен үлгінің меншікті жылдамдығының сәйкес келу сәтінде онда стоячая толқын түзіледі. Емодулі ωрез резонанстық жиілікпен мынандай қатынаспен байланысқан (ұзын өзекше үшін)
,
мұндағы, ρ – үлгі материалының тығыздығы;
l – үлгінің ұзындығы;
Δ – коэффициент, мына жолмен анықталады:;
r – үлгінің радиусы;
v –Пуассон коэффициенті.
Үлгілердің механикалық тербеліс жиіліктері 102…105 Гц шамасында қозуы әр түрлі тәсілдермен қозуы мүмкін. Тербеліс жиілігі, оның ішінде резонанстық тербеліс жиілігін осциллограф көмегімен анықтауға болады.
G сырғу модулін анықтау үшін айналу маятнигі қолданылады. Оның тербеліс жиілігі G модулімен байланысты.
мұндағы, r – үлгі радиусы;
l – оның ұзындығы;
I – жүктің инерция моменті.
Сырғу модулін эксперименталдық түрде анықтауды ішкі үйкелісті анықтау қондырғыларында жүргізіледі.
Импульстік әдістерде серпімділік константасын анықтауда мегаГерц реті жиілігін пайдаланады. Бұл әдістерді дыбыс жылдамдағының (υ) таралатын орта серпімділігі константасына қатынасына негізделген:
,
.
Сөйтіп, үлгідегі бойлық және көлденең дыбыс толқындарының таралу жылдамдығын анықтай отырып,үлгі материалының серпіьділік модулін табуға болады. Ультрадыбыстық импульстерді беру үшін ультрадыбыстық генераторларды, ал υпрод және υпопер – электрондық осциллографпен күшейкіштер арқылы байланысқан кварц пьезокристалын қолданады.