استحکام کششی چیست؟ روش محاسبه آن
هنگام خریدن محصولات فولادی باید به مقادیر و پارامترهای مختلفی دقت کرد. یکی از این مقدار استحکام کششی است که معمولا مهندسان دقت بالایی برای این شاخصه در زمان خرید دارند. این پارامتر می‌تواند یک شاخصه مهم برای تعیین نحوه عملکرد فلزات باشد.این استحکام به خصوص در زمان خرید میلگرد برای ساخت و ساز اهمیت بالاتری پیدا می‌کند. میلگردها ستون‌های نامرئی ساختمان‌ها هستند و مقاومت این مقاطع فولاد در برابر کشش در استحکام یک بنا بسیار مهم و حیاتی است.
آنچه در این مقاله میخوانید
استحکام کششی چیست؟
در یک تعریف ساده استحکام کششی به توانایی مقاومت یک فلز در برابر نیروهای وارده گفته می‌شود. در واقع این توانایی مقاومت که با شاخصه گفته شده سنجیده می‌شود، می‌تواند یکی از پارامترهای نشان دهنده استحکام فولاد نیز باشد.مقدار این مقاومت از فلزی به فلز دیگر متفاوت است و حتی در مورد فولاد نیز ممکن است شاهد استحکام متفاوت کششی یک محصول فولادی نسبت به دیگر محصول فولادی مشابه باشیم.
این شاخصه حتی می‌تواند کاربرد یک فلز را در یک پروژه مشخص کند.این استحکام یکی از شاخصه‌های اصلی برای سنجش فلزاتی مانند فولاد است. در میان مقاطع فلزی، این فولاد است که استحکام بالایی دارد و دلیل پرفروش شدن فولاد و استفاده گسترده آن در صنایع مختلف نیز استحکام نهایی است که این فلز دارد.در پروژه‌های ساختمانی که به وفور از مقاطع فولادی همچون میلگردها استفاده می‌شود از این شاخصه برای محاسبه مقاومت در مورد تغییر شکل و شکستن استغاده می‌شود.
در واقع این پارامتر مشخص می‌کند که برای تحمل وزن سازه به چه میزان میلگرد از چه نوعی نیاز است.محاسبه دقیق مقاومت کششی نهایی می‌تواند در بودجه شما نیز صرفه‌جویی کرده و باعث شود که دقیقا به میزان مورد نیاز میلگرد خریداری و استفاده کنید. محاسبه دقیق این شاخصه به خصوص در مورد سازه‌هایی مانند پل‌ها که وزن بالایی را تحمل می‌کنند، دارای اهمیت بیشتری است.
این شاخصه معمولا بر اساس واحد نیرو بر سطح محاسبه می‌شود. بیشترین واحد استفاده شده پاسکال بر اینچ مربع و یا پوند بر اینچ مربع است.
انواع استحکام کششی
استحکام کششی یک شاخصه کلی است و به همین دلیل برای محاسبه بهتر آن باید با انواع این مقاومت آشنا بوده و هر کدام از آن‌ها را بر اساس نیاز به صورت مجزا محاسبه کرد. این استحکام در حالت کلی به 3 نوع مختلف تقسیم بندی می‌شود. این 3 نوع مقاومت کششی را به شکل زیر می‌توان طبقه بندی کرد:
1 – استحکام تسلیم:
این نوع از استحکام به نیرویی گفته می‌شود که فولاد بدون تغییر شکل دائمی قادر به تحمل کردن آن است. این استحکام مشخص می‌کند که حداکثر باری که امکان اعمال آن بر روی مقطع فولادی وجود دارد، به چه میزان است.
2 – استحکام شکست:
این نوع از استحکام نیز در واقع میزان استرس وارده بر مقطع فولادی است که موقع شکست منحنی تنش – کرنش وجود خواهد داشت.
3 – استحکام نهایی:
استحکام نهایی که به آن مقاومت نهایی نیز گفته می‌شود، حداکثر کششی است که مقطع فولادی می‌تواند در نهایت بار و وزن تحمل کند. شاید بتوان این مورد را اصلی‌ترین شاخصه‌ای دانست که در زمان محاسبه در پروژه‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد.
اهمیت مقاومت کششی نهایی در فولاد
در بین انواع استحکام کششی، مقاومت کششی نهایی دارای اهمیت بسیار بالاتری است. دلیل این اهمیت را باید در مهم بودن این شاخصه در ایمنی و استحکام سازه‌ها دنبال کرد. این مقاومت حداکثر فشار و وزنی است که یک مقطع فولادی می‌تواند بدون شکست یا تغییر شکل تحمل کند و مهندسان با محاسبه آن موفق به ساخت ساختمان‌هایی با حداکثر مقاومت می‌شوند.
در واقع با مقایسه این شاخص می‌توان پیش بینی درست و دقیقی بر رفتار یک مقطع فولادی و ترکیبی از مقاطع استفاده شده در یک سازه داشت. این کار می‌تواند ضریب اطمینان خاطر در یک پروژه را در حد زیادی بالاتر ببرد.
همچنین مقاومت کششی نهایی می‌تواند بر کاربرد یک مقطع فولادی نیز مهر تایید بزند. معمولا مهندسان با محاسبه مقاومت کششی نهایی، تعیین می‌کنند که آیا یک مقطع فولادی برای کاربردهای خاص مناسب است یا اینکه باید از مقاطع دیگری برای این کار استفاده کرد. این شاخصه یک پارامتر مهم برای انتخاب نوع فلز برای استفاده در سازه‌های مختلف، ماشین آلات و اجزایی است که قرار است در آینده تحت فشار بالایی قرار بگیرند.
چگونگی محاسبه استحکام کششی
محاسبه استحکام کششی معمولا در زمان ساخت و توسط کارخانه تولید کننده مقاطع فولادی و یا هر نوع فلز دیگری انجام می‌شود و این شاخصه به عنوان یکی از شاخصه‌های محصول به خریدار ارائه می‌شود. این کار معمولا توسط آزمایشی که به آزمایش کشش معروف است، انجام می‌گیرد.
در این آزمایش فشار و نیروی زیادی بر مقطع فولادی وارد می‌شود و این فشار و نیرو تا زمانی که مقطع مذکور شکسته شود، ادامه پیدا می‌کند. نقطه شکست در یک فرمول به عددی تبدیل می‌شود که معمولا به عنوان مقاومت کششی نهایی به خریدار محصول فولادی ارائه می‌شود. این فرمول بر اساس میزبان فشار و وزن وارد شده در زمان شکستن و تقسیم آن بر سطح مقطع فولادی، عدد نهایی را تعیین می‌کند.
این مقاله را حتما بخوانید: چگالی ورق گالوانیزه + نحوه محاسبه آن
تست کشش معمولا با یک دستگاه استاندارد به نام UTM انجام می‌شود. این دستگاه استاندارد دارای دو گیره در دو طرف است که مقطع فولادی در بین دو گیره محکم می‌شود. فشار وارده بر مقطع فولادی توسط این دو گیره لحظه به لحظه افزایش پیدا می‌کند تا شکست انجام شود.
استحکام کششی نهایی معمولا با واحد SI نمایش داده می‌شود که اغلب به صورت مگاپاسکال از آن نام برده می‌شود. این فرمول ساده می‌تواند به صورت N/m2 نیز نوشته شود.
استحکام تسلیم چیست؟
استحکام تسلیم که از آن به عنوان تنش تسلیم نیز نام برده می‌شود، یکی دیگر از شاخصه‌های مقاومت فلزات است که در زمان انتخاب انواع فلز برای استفاده در کاربردهای مختلف توسط مهندسان مورد بررسی قرار می‌گیرد.هنگامی که یک فلز تحت تنش قرار می‌گیرد، تغییر شکلی را تجربه می‌کند که معمولا قابل بازگشت است.
در واقع این نوع از شاخصه نشان می‌دهد که یک فلز یا مقطع فولادی با وارد شدن چه میزان وزن یا فشار دیگر به شکل اولیه قابل بازگشت نمی‌شود.استحکام تسلیم یک ماده یا فلز نیز معمولا توسط آزمایش کشش تعیین می‌شود. برای این آزمایش از دستگاه UTM استفاده می‌شود و فرمول آن نیز مشابه فرمول محاسبه مقاومت کششی است. تنش تسلیم با N/m2 یا پاسکال نمایش داده می‌شود.
به بیان ساده‌تر، تنش تسلیم را می‌توان نقطه‌ای دانست که نمودار تنش – کرنش که با آزمایش کشش به دست می‌آید، از حالت خطی به حالت منحنی تغییر شکل داده باشد. در بیشتر مواقع به دست آوردن دقیق میزان تنش تسلیم کار ساده‌ای نباشد.
تفاوت تنش تسلیم با استحکام کششی
تنش تسلیم و مقاومت کششی از بسیاری از جهات شباهت‌های زیادی به هم دارند اما در نهایت دو مفهوم متفاوت از هم هستند. این تفاوت را می‌توان در نوع تعریف دو شاخصه نیز به صورت دقیقی مشاهده کرد.
هر دو شاخصه تنش تسلیم و مقاومت کششی از مشخصه‌های مکانیکی فلزات هستند که میزان مقاومت هر فلز را در برابر شکست نشان می‌دهند. این موضوع به خصوص در مورد فولادها و انواع مقاطع فولادی بسیار اهمیت دارد و معمولا در کنار محصولات فولادی این دو شاخصه نیز به صورت کامل دقیق محاسبه و به خریدار اعلام می‌گردد.
تفاوت اصلی بین این دو شاخصه را باید در نوع محاسبه آن‌ها دنبال کرد. استحکام کششی بر اساس بیشترین تنش کششی که در صورت وارد شدن بر یک فلز باعث شکست آن می‌شود، محاسبه می‌گردد. اما تنش تسلیم میزان مقاومتی است که فلزات از خود نشان می‌دهند تا تغییر شکل ندهند و این تنش در واقع میزان نیرویی است که با وارد کردن آن یک مقطع فلزی یا فولادی به طور بازگشت ناپذیری تغییر شکل داده و دیگر به شکل اولیه خود برنمی‌گردد.
بر همین اساس اگرچه فرمول محاسبه یکسانی برای این دو شاخصه وجود دارد اما عدد به دست آمده و کاربرد آن‌ها کاملا متفاوت است.
