Объяснение удлинения:определение, расчет и значение в инженерии материалов

Удлинение – это измеримая тенденция материала к растяжению при напряжении. Инженеры используют стандартизированную процедуру испытаний и тестовый образец в форме гантели для оценки характерного поведения материала при удлинении. Удлинение образца выражается в процентах — его увеличение длины делится на исходную длину и умножается на 100 для расчета этого значения. 

Удлинение важно, поскольку оно является мерой пластичности материала — его способности деформироваться без разрушения. Это ключевая мера в материалах для 3D-печати, поскольку она имеет отношение к практической долговечности 3D-печатных компонентов в реальных приложениях. В этой статье будет определено удлинение, его важность и способы его расчета.

Что означает удлинение?

Удлинение — это величина, на которую материал постоянно удлиняется под действием растягивающей силы (деформации). Это численная мера пластичности материала — насколько легко он деформируется под напряжением. Оно измеряется в очень специфических контролируемых условиях, поэтому значения удлинения можно количественно сравнивать между материалами.

Удлинение специально измеряется с использованием образца материала стандартной формы, на который затем воздействует известная тянущая сила. Длина, на которую удлиняется образец материала, измеряется до тех пор, пока сила не станет достаточно велика, чтобы сломать образец.

Что такое удлинение в физике деформации?

Удлинение с точки зрения физики деформации — это мера того, насколько удлиняется элемент под действием растягивающего напряжения. Оно выражается как отношение новой длины к исходной.

Что такое удлинение в астрономии?

Удлинение в астрономии — это мера углового расстояния между телом Солнечной системы и Солнцем, если смотреть с Земли. Он описывает относительное положение планет и других небесных тел Солнечной системы по сравнению с Землей и Солнцем.

Что такое удлинение в геометрии?

Удлинением в геометрии называют растяжение геометрической формы вдоль одной или нескольких осей. Например, если в двухмерной плоскости квадрат вытянуть вдоль одной оси, он станет прямоугольником. Если бы в трехмерном пространстве куб был вытянут вдоль одной оси, он стал бы прямоугольной призмой. Эта концепция важна при геометрических преобразованиях.

Что такое удлинение в физике плазмы?

Удлинение в физике плазмы относится к форме термоядерной плазмы. Плазменному облаку можно придать определенную форму, и удлинение определенной формы определяется как отношение длины облака по его самой длинной оси к длине его самой короткой оси. Удлинение является важным фактором, поскольку более удлиненные плазменные облака, как правило, менее стабильны и их сложнее удержать.

Что такое удлинение в биологии?

Элонгация в биологии является частью процесса трансляции ДНК, при котором белки строятся из РНК, транскрибированной с ДНК. Более конкретно, элонгация — это вторая фаза трансляции, происходящая между инициацией и завершением процесса. Элонгация означает удлинение цепи аминокислот во время трансляции.

Как рассчитать удлинение материала?

Удлинение материала рассчитывается в соответствии с международными стандартами испытаний. Наиболее распространенным стандартом расчета удлинения является ASTM D412. Он определяет форму используемого образца материала. Эту форму называют гантелью, так как она примерно продолговатая, но с более широкими концами (для захвата) и более тонкой полоской посередине, которая удлиняется при растяжении.

Образец материала захватывается испытательной машиной, и к гантеле прикладывается постоянно возрастающая тяговая сила (деформация). Испытательная машина измеряет, как длина образца увеличивается с увеличением деформации. Эти данные наносятся на график. Удлинение рассчитывается как величина увеличения длины материала, деленная на его первоначальную длину. Это указывается в процентах. 

Какова формула удлинения?

Формула удлинения представляет собой деформацию (увеличение длины) образца, деленную на исходную длину образца, умноженную на 100 (для перевода в проценты).

Процент удлинения =100 x ((конечная длина – исходная длина) / исходная длина)

Или, записанное с использованием символов: 

Процентное удлинение =ɛ =(ΔL/L) x 100

Какова единица удлинения?

Удлинение указывается в процентах, поэтому технически оно не имеет единицы измерения. Это связано с тем, что удлинение материала представляет собой отношение изменения длины материала при разрыве к первоначальной длине образца. Соотношение преобразуется в проценты.

Какой символ обозначается удлинение?

Символом удлинения является строчная греческая буква ε (эпсилон). 

В чем важность удлинения?

Знание удлинения важно, чтобы вы могли понять, насколько материал будет деформироваться под напряжением. Его можно использовать как меру пластичности. Деформацию и пластичность материала важно знать для применений, где ожидается некоторая деформация, например, в противоударных барьерах. И наоборот, удлинение является важным фактором при проектировании таких деталей, как дверные петли, которые могут выдерживать очень небольшую деформацию под нагрузкой.

Что такое удлинение в 3D-печати?

Удлинение в 3D-печати — это величина деформации, которую может выдержать материал, напечатанный на 3D-принтере, прежде чем сломаться. Это показатель того, насколько долговечным будет изделие, напечатанное на 3D-принтере. Растущая популярность 3D-печати подчеркнула низкую механическую прочность многих материалов и технологий, пригодных для печати (таких как FDM или смола).

Является ли удлинение важным показателем в материалах для 3D-печати?

Да, удлинение является важным фактором при выборе материалов для 3D-печати, поскольку оно дает информацию о том, насколько материал может деформироваться, не разрушаясь. Физические свойства составляющих их материалов определяют полезность компонентов, напечатанных на 3D-принтере. Многие предметы должны быть долговечными, чтобы быть практичными в реальных обстоятельствах. 

Используется ли устройство для измерения удлинения материалов?

Да, существуют специально разработанные устройства для измерения удлинения материалов по международным стандартам, например ASTM D412. Эти испытательные системы состоят из ряда компонентов, каждый из которых предназначен для определенных испытаний материалов. 

Во-первых, устройство имеет захваты, удерживающие каждый конец образца гантели материала. Во-вторых, система тестирования использует измерительное устройство, называемое экстензометром, для измерения изменения длины образца по мере увеличения деформации. Также возможно использовать машины, включающие климатические камеры. Заключив захваты, образец материала и экстензометр, они контролируют условия окружающей среды (например, температуру) для проведения испытаний в очень специфических условиях.

Ряд специализированных поставщиков производят эти испытательные системы для продажи любой организации, которой необходимо проводить регулярные испытания в соответствии со стандартами, такими как ASTM D412.

Каковы различные типы измерения удлинения?

Существуют следующие типы измерений удлинения: 

1. Пластичность

Пластичность – это способность материала деформироваться, не разрушаясь. Материалы, которые не являются пластичными, называются хрупкими — они очень мало деформируются, прежде чем сломаться. О пластичности материала можно судить по ряду измерений. Наиболее распространенным из них является процентное удлинение, но уменьшение площади и испытания на выдавливание также могут иметь важное значение.

2. Удлинение при разрыве

Удлинение при разрыве — это измеренное удлинение образца материала в точке его разрыва. К образцу материала прикладывается растягивающее напряжение, вызывающее его удлинение. По мере увеличения этого напряжения растяжение материала сначала будет упругим (может вернуться в исходное положение после снятия напряжения), а затем пластическим (остаточная деформация). Если напряжение продолжает прикладываться после пластического удлинения, материал в конечном итоге сломается. Длина в этот момент представляет собой удлинение при разрыве, часто выражаемое в процентах по сравнению с исходной длиной.

Что такое процентное удлинение?

Процентное удлинение — это процент, на который материал растягивается за пределы своей первоначальной длины, прежде чем он фактически порвется. Удлинение измеряется как изменение длины образца материала, деленное на его первоначальную длину и умноженное на 100 для перевода в проценты.

Как рассчитать процентное удлинение?

Процентное удлинение рассчитывается с использованием данных испытательной системы. Сначала испытуемый материал отливается или подвергается механической обработке в форме гантели определенной формы в соответствии с международным стандартом ASTM D412.

Во-вторых, гантель материала зажимается в испытательной машине и прикладывается растягивающая сила. Экстензометр измеряет увеличение длины в тонкой части гантели. Эту зависимость между длиной и прочностью на разрыв можно изобразить на простом графике. Испытание заканчивается, когда гантель сломается.

Наконец, на основе этих данных рассчитывают процентное удлинение. Изменение общей длины, разделенное на начальную длину, умноженное на 100, дает процентное удлинение.