موم‌سانی

در فیزیک، علم مواد و مهندسی مکانیک به فرایند تغییر شکل‌های برگشت‌ناپذیر مواد جامد تحت اثر نیرو رفتارهای خمیری یا موم‌سانی یا پلاستیسیته گویند.[1][2] به عنوان مثال مومسانی را به صورت تغییر شکل دائمی پدید آمده در یک قطعه از فلزی سخت که از طریق خم شدن یا کوبیدن به شکل جدیدی در می‌آید، را نشان می‌دهند. در مهندسی تغییر رفتار ماده از حالت کشسان به موم‌سان را تسلیم می‌گویند.

مکانیک محیط‌های پیوسته
قوانین
پایستگی‌ها
نابرابری‌ها
  • Clausius–Duhem (entropy)
مکانیک جامدات
مکانیک سیالات
سیال‌ها
مایع
گاز
پلاسما
رئولوژی
Smart fluid
دانشمندان

بسیاری از مواد چکش‌خوار هنگامی که کشیده شوند، از خود خاصیت کشسانی نشان می‌دهند. بدین معنا که متناسب با افزایش بار، ماده کشیده می‌شود و اگر ماده رها شود، به شکل اولیه خود بازمی‌گردد. اما هنگامی که بار وارده از حد معینی (تنش تسلیم) بگذرد، آنگاه ماده با سرعت بیشتری تغییر شکل می‌دهد و بخشی از تغییر شکل نیز پس از برداشتن بار باقی می‌ماند. بدین بخش از تغییر شکل، تغییر شکل موم‌سان یا تغییر شکل پلاستیک گفته می‌شود. تئوری پلاستیسیته علمی است که به بررسی رفتار مواد، در کرنش‌هایی که از قانون هوک تبعیت نمی‌کنند، می‌پردازد. برخی از جوانب تغییر شکل پلاستیک، فرمول‌بندی ریاضی آن را مشکل‌تر از تغییر شکل الاستیک مواد می‌نماید. مثلاً تغییر شکل الاستیک یک تابع حالت است ولی تغییر شکل پلاستیک تابع مسیر. مواد مختلف بر اساس نمودار تنش-کرنشی که بر اثر بارگذاری دوره ای دارند به انواع مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند. از جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: الاستیک خطی، الاستیک غیرخطی، پلاستیک، ویسکوالاستیک، ویسکوپلاستیک، الاستیک با رفتار پلاستیک ایده‌آل، الاستیک سخت شونده بر اثر کرنش، الاستیک صلب با رفتار پلاستیک ایده‌آل، الاستیک صلب سخت شونده بر اثر کرنش.[3]

قانون هوک بیان می‌کند که نیروی اعمال شده به یک ماده با مقدار کشیده شدن آن، متناسب است. یعنی مثلاَ اگر نیروی کشش وارد بر یک فنر را دو یا سه برابر کنید، دو یا سه برابر بیشتر کشیده خواهد شد. اما این قانون پس از رسیدن به حد کشسانی ماده، دیگر برقرار نیست. ثابت تناسب رابطه بین نیروی کشسانی و مقدار کشش ماده، ثابت کشسانی گفته می‌شود.

تغییر شکل موم‌سان در بیشتر مواد، به ویژه در فلزات، خاک، سنگ‌ها، بتن، کف، استخوان و پوست دیده می‌شود.[4][5][6][7][8][9] با این حال، مکانیزم‌های فیزیکی که باعث تغییر شکل پلاستیک می‌شوند، می‌توانند به‌طور بسیار متفاوت باشند. در مقیاس بلوری، موم‌سانی در فلزات معمولاً نتیجه نابجایی است. چنین نقایصی در اغلب مواد بلورین نسبتاً نادر است، اما در بعضی و بخشی‌هایی از ساختار بلوری متعدد هستند؛ در چنین مواردی ممکن است بلور پلاستیکی ایجاد شود.

پدیده موم‌سانی
نمودار تنش−کرنش

هنگامی که بسیاری از مواد چکش‌خوار کشیده شوند از خود خاصیت کشسانی نشان می‌دهند. بدین معنا که متناسب با افزایش بار ماده کشیده می‌شود و اگر ماده رها شود، به شکل اولیه خود بازمی‌گردد. اما هنگامی که بار وارده از حد معینی (تنش تسلیم) گذشت، آنگاه ماده با سرعت بیشتری تغییر شکل می‌دهد و بخشی از تغییر شکل نیز پس از برداشتن بار باقی می‌ماند. بدین بخش از تغییر شکل، تغییر شکل موم‌سان یا تغییر شکل پلاستیک گفته می‌شود. این پدیده در شکل زیر نمایش داده شده‌است.

ابر موم سانی

بر مومسانی توانایی مواد پلی کریستالی، جهت ازدیاد طول بسیار زیاد تا قبل از شکست در دماهای بالا می‌باشد(T>0.5Tm). علاقه‌مندی به تغییر شکل ابر مومسان، به علت مشاهده این پدیده در بسیاری از مواد که تغییر شکل آنها بوسیله روش‌های معمولی شکل‌دادن مشکل می‌باشد، افزایش یافته‌است. ویژگی تغییر شکل ابرمومسانی ازدیاد طول‌های بیشتر از ۲۰۰٪ می‌باشد که به وسیله آن تولید قطعات پیچیده‌ای مانند اتصالالت لوله‌ها و شیرها با استفاده از هزینه کم، ممکن می‌شود. در مواد ابرمومسان، ازدیاد طول، به تنش سیلان و به مقدار زیاد به اندازه دانه وابسته است، بطوری که هرچه دانه‌های اولیه ریزتر باشند، ازدیاد طول بیشتر است. در نتیجه جهت ریز کردن دانه‌های این مواد استفاده از فرآیندهای ترمومکانیکی بهترین روش می‌باشد. در همین راستا گیبسون و میهارا از فرآیندهای ترمومکانیکی جهت ریز کردن ساختار فولادهای زنگ نزن دو فازی استفاده کرده و به اندازه دانه‌های یک الی دو میکرومتر دست یافتند. معمولاً در حین فرایند ابر مومسانی، حفره دار شدن نیز مشاهده می‌شود که این امر به دلیل ایجاد تمرکز تنش در نقاط سه‌گانه و لبه‌های مرز دانه‌ها، و ناشی از سر خوردن این مرزها و آزاد نشدن این تنش‌ها بطور کامل می‌باشد، که منجر به تشکیل، رشد و به هم پیوستن حفره‌ها شده و هنگامی که نمونه تحت کشش قرار می‌گیرد به دلیل بوجود آمدن این حفره‌ها می‌شکند.[10]

پلاستیسیته خاک

از مفاهیم بسیار مهم، خاصیت پلاستیسیته خاک است. خاصیت پلاستیسیته خاک به دلیل وجود دانه‌های رسی در مجموعه خاک می‌باشد. میزان خاصیت وابسته به مقدار رس در مجموعه و همچنین نوع آن (کائولن، بتونیت، ایلیت، مونت موریلونیت و غیره) است. اصل مطلب مربوط می‌شود به اینکه، خاک پلاستیک می‌تواند مقداری آب را جذب نموده و حالت خمیری و شکل‌پذیر به خود بگیرد. دامنه حالت خمیری بستگی به ساختمان خاک رس دارد. توده خاکی که خاصیت پلاستیک دارد، چنانچه خشک باشد، سفت و شکننده است با جذب آب و افزایش آن به حدی می‌رسد که حالت خمیری به خود می‌گیرد و تا حدی هم می‌تواند آب را به خود بگیرد و همچنان حالت خمیری داشته باشد.

خاک در حالت چسبنده و خمیری

ولی از حدی که افزایش آب گذشت، خاک چسبنده و خمیری حالت روانی به خود می‌گیرد و دیگر خمیر نخواهد بود. دامنه ای از درصد رطوبت که خاک در آن، حالت خمیری خود را دارد، دامنه خمیری خاک گفته می‌شود. حد روانی، حد خمیری، دامنه خمیری به صورت درصد رطوبت بیان می‌شوند.

یک نمونه رس یا یک بدنه در شرایط کار پذیری معمولی، پلاستیک تر از همان رس یا بدنه در حالت خیلی صلب یا خیلی نرم است. لیکن هنگامی که گفته می‌شود یک بدنه، پلاستیک تر از دیگری است، منظور هنگامی است که هر یک از بدنه‌ها دارای اپتیم رطوبت مخصوص به خود باشد. در چنین حالتی ما با پلاستیسیته ذاتی بدنه سر و کار داریم که به آن پلاستیسیته بالقوه نیز گفته می‌شود. به ویژه این ابهام در معنی پلاستیسیته هنگامی مهم است که با اندازه‌گیری‌های عدد پلاستیسیته روبرو هستیم. در چنین مواردی همواره مهم است که در نظر داشت آیا این عدد به درصد رطوبت بستگی دارد یا نه، و اگر بستگی ندارد چگونه وابستگی رطوبت حذف شده‌است.

جستارهای وابسته

منابع
  1. Jacob.، Lubliner, (۲۰۰۸). Plasticity theory (ویراست Dover ed). Mineola, N.Y.: Dover Publications. OCLC 841504921. شابک ۹۷۸۰۴۸۶۳۱۸۲۰۲.
  2. 1959-، Bigoni, Davide, (۲۰۱۲). Nonlinear Solid Mechanics: Bifurcation Theory and Material Instability. Cambridge: Cambridge University Press. OCLC 804664908. شابک ۹۷۸۱۱۳۹۵۲۸۸۱۸.
  3. «پلاستیستهٔ فلزات و آلیاژها (V. V. PUSTOVALOV)». ایران مواد | مهندسی مواد و متالورژی | جوشکاری | سرامیک. ۱۳۹۵-۰۱-۱۰T10:43:39+04:30. دریافت‌شده در 2019-06-25. تاریخ وارد شده در |تاریخ= را بررسی کنید (کمک)
  4. Turteltaub, S. (2002-08-01). "Inelastic analysis of structures, Milan Jirásek and Zdeněk P. Bažant, John Wiley & Sons, 2002, ISBN 0-471-98716-6, 758 Pages". Structural and Multidisciplinary Optimization. 24 (1): 87–88. doi:10.1007/s00158-002-0217-z. ISSN 1615-147X.
  5. CHEN، W.F. (۱۹۷۵). Preface. Elsevier. صص. IX–X. شابک ۹۷۸۰۴۴۴۴۱۲۴۹۲.
  6. "Generalized Plasticity". 2006. doi:10.1007/3-540-30433-9.
  7. W. -F.، Chen, (۲۰۰۷). Plasticity in reinforced concrete. J. Ross Publishing. OCLC 482060159. شابک ۹۷۸۱۹۳۲۱۵۹۷۴۵.
  8. "Skeletal Injury in the Child". 2000. doi:10.1007/b97655.
  9. Leveque, Jean Luc (2004-05). "Professor Pierre Agache". Skin Research and Technology. 10 (2): 71–72. doi:10.1111/j.1600-0846.2004.00073.x. ISSN 0909-752X. Check date values in: |date= (help)
  10. مهدی, دشتی; امین, کلاهدوز (1392-01-01). "ابرمومسانی فولادهای زنگ نزن دو فازی γ/α". 6 (118): 37–46. Check date values in: |date= (help)
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.