هناك نوعان من معاملات المواد المرتبطة بدرجة الحرارة: أحدهما يرتبط بالخصائص الميكانيكية للمادة، والآخر يرتبط بالتوصيل الحراري. يتضمن النوع الأول معاملات مثل E، G، v، a، بينما يتكون النوع الثاني من C (السعة الحرارية النوعية)، ρ (الكثافة)، و k (التوصيل الحراري). هذه المعاملات [...].
هناك نوعان من معاملات المواد المرتبطة بدرجة الحرارة: أحدهما يرتبط بالخصائص الميكانيكية للمادة، والآخر يرتبط بالتوصيل الحراري. يتضمن النوع الأول عوامل مثل E، G، v، a، بينما يتكون النوع الثاني من C (السعة الحرارية النوعية)، ρ (الكثافة)، و k (التوصيل الحراري).
هذه المعاملات ليست ثابتة ولكنها تختلف باختلاف درجة الحرارة. ومع ذلك، عندما لا تكون درجة الحرارة مرتفعة، غالبًا ما يتم التعامل مع متوسط قيمها كثوابت. في حالات ارتفاع درجة الحرارة أو التباين الكبير، من الضروري مراعاة تغيراتها مع درجة الحرارة.
يتناقص معامل المرونة E ومعامل القص G للمعادن مع زيادة درجة الحرارة، بينما تتغير نسبة بواسون v قليلاً مع درجة الحرارة. يمكن إجراء قياسات E و G مع درجة الحرارة بشكل ثابت أو ديناميكي.
تتضمن الطريقة الاستاتيكية الاختبار في فرن بدرجة حرارة عالية باستخدام الحمل، بينما تستخدم الطريقة الديناميكية تقنيات النبضات الاهتزازية أو فوق الصوتية.
تسمح الطريقة الاهتزازية بخضوع عينة الاختبار للاهتزاز المرن في فرن درجة حرارة عالية، مع تحديد الثوابت المرنة عن طريق قياس التردد.
تتضمن طريقة الموجات فوق الصوتية تطبيق الموجات فوق الصوتية على عينة الاختبار، ويتم تحديد E وG وv بقياس سرعة انتشار الموجات.
المعامل الحراري لـ المواد المعدنية بشكل عام علاقة خطية مع درجة الحرارة. ويميل معامل التمدد الخطي α إلى الزيادة خطياً مع ارتفاع درجة الحرارة، في حين أن الموصلية الحرارية k تنخفض مع ارتفاع درجة الحرارة، وتزداد السعة الحرارية النوعية مع ارتفاع درجة الحرارة.
يكشف ميل الخط أو انحناء المنحنى الذي يمثل العلاقة بين المعامل الحراري ودرجة الحرارة، كما تم قياسه بالاختبارات التجريبية، عن كيفية تغير المعامل الحراري للمادة المحددة مع درجة الحرارة.
على سبيل المثال، يظهر التباين في المعامل الحراري للفولاذ الكربوني مع درجة الحرارة في الرسم البياني التالي، كما هو مستمد من مصادر بيانات مختلفة.
ومع ارتفاع درجة حرارة المواد القابلة للسحب، فإنها لن تفشل على الفور حتى إذا تجاوز الإجهاد الذي تتعرض له نقطة الخضوع. ومع ذلك، حتى لو كان مستوى الإجهاد منخفضًا، فإنه في حالة تكرار حدوث تغيرات كبيرة في درجة الحرارة، فإنها ستفشل في النهاية بسبب الكلل، مما يؤدي إلى حدوث تشققات. تُعرف هذه الظاهرة بالإجهاد الحراري.
لنفترض أن قضيب اختبار مثبت عند كلا الطرفين، يتعرض لدورات حرارية متكررة بين أعلى وأدنى درجة حرارة، كما هو موضح في الشكل التالي.
لنفترض أنه في بداية التجربة، تم تأمين القضيب عند أعلى درجة حرارة، ثم تم تبريده لتوليد إجهاد الشد، يمثل OAF خط تغير الإجهاد. في حالة إعادة التسخين، يتحرك منحنى الإجهاد-الإجهاد في البداية موازيًا لـ OA لأسفل، حيث يستسلم عند إجهاد أقل من قوة الشد في دورة التبريد، ليصل في النهاية إلى النقطة E.
إذا تم الحفاظ عليه عند أعلى درجة حرارة لفترة من الوقت، يحدث استرخاء إجهادي ينتج عنه انخفاض في الإجهاد الانضغاطي ليصل إلى النقطة E'. إذا استؤنف التبريد، يرتفع على طول E'F'، ليصل إلى النقطة F' عند أدنى درجة حرارة.
نظرًا لعدم حدوث استرخاء للضغط عند أدنى درجة حرارة، إذا بدأت إعادة التسخين، ينخفض المنحنى على طول F'E""، ليصل إلى النقطة E"" عند أعلى درجة حرارة. وبسبب استرخاء الضغط، ينخفض الضغط ويتحرك إلى النقطة E''، وإذا استؤنف التبريد، يتبع المنحنى E''F'' ليصل إلى النقطة F'' عند أدنى درجة حرارة.
إذا تكررت دورة التبريد والتسخين هذه، يتتبع منحنى الإجهاد-الإجهاد حلقة تباطؤ في كل مرة، ويكون الإجهاد البلاستيكي المرتبط بالاسترداد هو سبب الكلال الحراري. تُعد درجات الحرارة القصوى والدنيا للدورة الحرارية، ومتوسط درجة الحرارة، وزمن الثبات عند درجة الحرارة القصوى، وسرعة التكرار، والخصائص المرنة والبلاستيكية للمادة كلها عوامل تؤثر على الكلال الحراري.
تشير شدة الإجهاد الحراري إلى العلاقة بين الإجهاد اللدن للدورة εP وعدد مرات التكرار N للوصول إلى الفشل. وفقًا للمعادلة التجريبية لـ مانسون-كوفين
هنا، εf تشير إلى الاستطالة عند نقطة فشل المادة أثناء اختبار الشد الساكن عند متوسط درجة حرارة الدورة الحرارية.
لا يتعلق الوصف المذكور أعلاه إلا بالإجهاد الحراري أحادي الاتجاه للإجهاد الحراري للمادة. ومع ذلك، فإن الإجهاد الحراري في الهياكل الفعلية متعدد الاتجاهات ويشكل مجالاً متخصصاً للدراسة.
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 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO 
TR