اختبار الشد للمواد الميكانيكية – منحنى الإجهاد والانفعال وحد الخضوع ومقاومة الشد

ماذا تعرض

اختبار الشد هو الطريقة القياسية لقياس متانة المعدن ومطيليته. تُشد عيّنة ذات مساحة مقطع معروفة S₀ مع تسجيل القوة، ثم تُحوَّل القراءات إلى إجهاد σ = F/S₀ وانفعال ε = Δl/l₀ لتمكن مقارنة عيّنات مختلفة الأبعاد. في البداية يتبع المعدن قانون هوك σ = E·ε، وبعد حد الخضوع يتشوه تشوهًا دائمًا ويتصلد بالتشغيل حتى يبلغ مقاومة الشد، ثم يتخصر وينكسر. تستطيل المعادن المطيلية مثل النحاس والفولاذ الطري كثيرًا قبل الكسر، أما حديد الزهر الرمادي فينكسر دون تشوه لدن يُذكر.

طريقة الاستخدام

اختر «مادة العيّنة» واضغط «شد تلقائي»، أو اسحب منزلق «الاستطالة» لتمديد العيّنة خطوة بخطوة. راقب منحنى الإجهاد والانفعال وسطر الحالة بينما تمر العيّنة بمنطقة المرونة ثم الخضوع والتصلد بالتشغيل والتخصر، وسجّل الاستطالة عند الكسر. كرر التجربة مع حديد الزهر الرمادي والنحاس النقي. ثم غيّر «قطر العيّنة d₀» وأعد الشد: تتغير قوة الكسر، أما الإجهادات على المنحنى فلا تتغير.

المعاملات القابلة للتغيير

• مادة العيّنة فولاذ CT38 (فولاذ كربوني عادي), فولاذ C45 (فولاذ كربوني عالي الجودة), حديد الزهر الرمادي GX15-32 (مادة هشة), سبيكة ألومنيوم (دورالومين), نحاس نقي (مطيلي جدًا)
• قطر العيّنة d₀ 5–20 mm
• طول القياس l₀ 50–200 mm
• معدل الشد (انفعال في الثانية) 1–20 %/s

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا يُرسم المنحنى للإجهاد مقابل الانفعال بدلًا من القوة مقابل الاستطالة؟
2. أي المواد الخمس لها أكبر استطالة عند الكسر، وماذا يدل ذلك على مطيليتها؟
3. بناءً على المنحنيات، هل يُصنع جزء آلة يجب أن يتحمل الصدمات من حديد الزهر الرمادي أم من الفولاذ؟