عبد العزيز: استبدال وسائط مستغى عنها في الاستشهاد

2023-09-11T13:44:04Z

استبدال وسائط مستغى عنها في الاستشهاد

صفحة جديدة

{{أشكال الإخفاق الميكانيكي}}
'''حد خضوع''' أو '''حد مرونة''' (بالإنجليزية: Yield strength) في [[فيزياء|الفيزياء]] و[[هندسة الميكانيك|الهندسة الميكانيكية]] هو أحد خواص المادة الصلبة، وهو يعطي مقدار الإجهاد الميكانيكي الذي تتحمله مادة عند شدها من جهتين من دون أن يتغير شكلها بعد زوال الإجهاد. حتى ذلك الحد من الإجهاد تعود قطعة المادة (حديد، أو نحاس، أو سبيكة، أو بلاستيك) إلى شكلها الابتدائي بعد زوال الشد الموثر، وتوصف في تلك المنطقة من قوة الشد بأنها لينة أو مرنة.

عندما تشد قطعة نحاس مثلا في تجربة لتعيين '''حد الخضوع''' تسمى [[اختبار الشد|تجربة شد]] من جهتين، وزادت قوة الشد عن حد الخضوع فهي تدخل في مرحلة غير لينة، بمعنى أن شكلها يتغير بعد زوال قوة الشد، ذلك لتغير نسيجها الداخلي بطريقة ليست عكسية وتستطيل القطعة شيئا ما. يرمز لحد الخضوع بالرمز <math>\sigma_y</math> ، ويقاس حد الخضوع ب [[باسكال (توضيح)|باسكال]] أو [[سوابق النظام الدولي للوحدات|ميجا]] [[باسكال (توضيح)|باسكال]] أو [[نيوتن (وحدة)|نيوتن]]/[[مليمتر|مليمتر مربع]].

'''الخضوع'''<ref>[http://www.aec.org.sy/aecmag/Dictionary/pages/Y.htm الهيئة النووية السورية] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20041223061214/http://www.aec.org.sy/aecmag/Dictionary/Pages/Y.htm |date=23 ديسمبر 2004}} {{وصلة مكسورة|تاريخ=2020-08-02|bot=JarBot}}</ref> في [[هندسة الميكانيك|الهندسة الميكانيكية]] هو الحمل الذي تبدأ عنده المواد الصلبة المعرضة [[إجهاد (ميكانيكا)|لإجهاد]] شد بالجريان، أو تغير شكلها باستمرار وهذا الحمل مقسوم على مساحة المقطع العرضي الأصلي. ويمكن تعريفه بأنه كمية الجهد في المادة الصلبة عند بداية التشوه الدائم.<ref name="BRITANNICA">[https://www.britannica.com/science/yield-strength الموسوعة البريطانية] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20130517152202/http://www.britannica.com/EBchecked/topic/653246/yield-strength |date=17 مايو 2013}}</ref>
وقد تسمى نقطة الخضوع أيضا بحد [[مرونة (توضيح)|المرونة]] حيث ينتهي عندها السلوك المرن ويبدأ السلوك اللدن. عندما تزال الإجهادات الأصغر من نقطة الخضوع تعود المادة إلى شكلها الأصلي. قد تكون نقطة الخضوع في بعض المواد غير محددة فيستعاض عنها بمقاومة الخضوع. و'''مقاومة الخضوع''' هو الإجهاد الذي تخضع عنده المادة لبعض التشوهات الدائمة وغالبا عند قيمة 0,2 %. تبدأ بعض المواد بالخضوع أو الجريان اللدن عند إجهاد محدد (نقطة الخضوع العليا) التي تهبط بسرعة إلى قيمة ثابتة سفلى (نقطة الخضوع الدنيا) عند استمرار التشوه. أي زيادة في الإجهاد بعد نقطة الخضوع يسبب تشوه دائم أكبر و[[انكسار (خواص المواد)|الانكسار]] لاحقا.<ref name="BRITANNICA"/>

وتعتبر معرفة نقطة الخضوع أساسية عند تصميم أجزاء الآلات حيث تمثل نقطة حدية عليا للإجهاد الذي يمكن تطبيقه. كما أنها مهمة في إنتاج وتصنيع المواد مثل [[حدادة|الحدادة]] و[[درفلة|الدرفلة]] و[[مكبس (آلة تشكيل)|الكبس]]. وفي [[هندسة الإنشاءات]] يعتبر الخضوع أحد أنماط الانهيار غير الخطيرة والتي لا تسبب فشل كارثي مالم يسرع عملية [[انبعاج|التحنيب]]

== التعريف ==
[[ملف:Metal yield.svg|تصغير|300 بك|سلوك الخضوع النموذجي لسبائك غير حديدية. 1.حد المرونة الحقيقي 2.حد التناسب 3.حد المرونة 4.مقاومة الخضوع عند انفعال 0.2%]]
من الصعب غالبا تعريف الخضوع بسبب التنوع الكبير [[منحنى الإجهاد-الانفعال|لمنحنيات الإجهاد-الانفعال]] للمواد. بالإضافة، يوجد عدة طرق ممكنة لتعريف الخضوع:<ref name=dieter>G. Dieter, ''Mechanical Metallurgy'', McGraw-Hill, 1986</ref>
; حد المرونة الحقيقي
: هو أقل إجهاد تتحرك عنده [[عيب بلوري|الانخلاعات]]. ونادرا ما يستخدم هذا التعريف لأن الانخلاعات تتحرك عند إجهادات منخفضة جدا، والكشف عن هذه الحركة صعب جدا.
; حد التناسب
: يكون الإجهاد تحت هذه القيمة متناسبا مع الانفعال وفق [[قانون هوك]]، فيكون [[منحنى الإجهاد-الانفعال|منحني الإجهاد-الانفعال]] خطا مستقيما، ويمثل ميل هذا الخط [[معامل يونغ|معامل المرونة]] للمادة.
; حد المرونة (مقاومة الخضوع)
: تكون التشوهات بعد حد المرونة دائمة. وهو أقل إجهاد يمكن أن تقاس عنده التشوهات الدائمة. وهذا يتطلب عملية يدوية من التحميل ثم نزع التحميل وتعتمد الدقة علة الجهاز ومهارة المستخدم. وحد المرونة [[بوليمر مرن|للوحدات المرنة]] مثل [[مطاط|المطاط]] أكبر من حد التناسب. كما أظهرت قياسات الانفعال الدقيقة أن الانفعال اللدن يبدأ عند إجهادات منخفضة.<ref>{{استشهاد بكتاب |عنوان= Engineering Materials and their Applications|مسار= https://archive.org/details/engineeringmater00flin|الأخير= Flinn|الأول= Richard A.|المؤلفون= Trojan, Paul K.|سنة= 1975|ناشر= Houghton Mifflin Company|مكان= Boston|ردمك= 0-395-18916-0|صفحة= [https://archive.org/details/engineeringmater00flin/page/61 61]|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20191217053808/https://archive.org/details/engineeringmater00flin|تاريخ أرشيف=2019-12-17}}</ref><ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Kumagai
| الأول = Naoichi
| المؤلفون = Sadao Sasajima, Hidebumi Ito
| عنوان = Long-term Creep of Rocks: Results with Large Specimens Obtained in about 20 Years and Those with Small Specimens in about 3 Years
| صحيفة = Journal of the Society of Materials Science (Japan)
| المجلد = 27
| العدد = 293
| صفحات = 157–161
| ناشر = Japan Energy Society
| مسار = http://translate.google.com/translate?hl=en&sl=ja&u=http://ci.nii.ac.jp/naid/110002299397/&sa=X&oi=translate&resnum=4&ct=result&prev=/search%3Fq%3DIto%2BHidebumi%26hl%3Den
| تاريخ = 15 February 1978
| تاريخ الوصول = 2008-06-16| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20011020223533/http://translate.google.com/translate?hl=en | تاريخ أرشيف = 20 أكتوبر 2001 }}</ref>
; نقطة الخضوع المتجاوزة (إجهاد الضمان)
: وهي أكثر قياسات القوى استخداما للمعادن، ويمكن إيجادها من منحني الإجهاد-الانفعال كما يظهر في الشكل. ويستخدم الإجهاد اللدن الاصطلاحي 0.2 % لتعريف نقطة الخضوع المتجاوزة وقد تستخدم قيم أخرى اعتمادا على المادة والتطبيقات. وقيمة التجاوز تكتب كلاحقة سفلية مثل، Rp0.2=310 MPa. وفي بعض المواد التي ليس لها منطقة خطية جوهرية ولذلك تعرف قيم للإجهاد محددة بدلا عنها. ومع أن هذه الطريقة تبدو اعتباطية، فإن هذه الطريقة لا تسمح بمقارنة عادلة للمواد.

; نقطة الخضوع العليا ونقطة الخضوع الدنيا
: بعض المعادن مثل [[فولاذ|الفولاذ]] الطري أو المطاوع [[فولاذ كربوني|صلب كربوني]] تصل إلى نقطة خضوع عليا قبل أن تهبط بسرعة إلى نقطة خضوع دنيا. واستجابة المادة خطية حتى نقطة الخضوع العليا ولكن نقطة الخضوع الدنيا تستخدم في هندسة الإنشاءات كقيمة تحفظية. إذا أجهد المعدن حتى نقطة الخضوع العليا وما بعدها فقد تتشكل أحزمة لودر [[w:Lüder band|Lüder band]].<ref>Degarmo, p. 377.</ref>

== إجهاد مرن ==
[[ملف:Stress v strain Aluminum 2.png|تصغير|يسار|"الإجهاد الميكانيكي" (σ) وتغير الاستطالة (ε) ؛ منحنى شد قضيب ألمونيوم 
1. أقصى حد للخضوع 
2. '''حد الخضوع''' 
3. حد التناسب 
4. [[حد قطع|حد القطع]] 
5. Offset strain (typically) 0.2%]]

يبين الشكل منحني تغير استطالة ε قضيب من المادة واقع تحت تأثير قوة شد σ من طرفيه (إجهاد ميكانيكي). في البدء يتزايد طول القضيب تزايد تناسبي مع قوة الشد؛ في تلك المنطقة يكون القضيب مرنا بحيث يعود إلى طوله الأصلي عند إزالة قوة الشد (الإجهاد)، هذه هي المنطقة التي يكون فيها المادة مرنا أو لينا.وعندما تتعدى قوة الشد تلك المنطقة تبدأ العينة تستطيل بطريقة غير عكسية، أي بإزالة قوة الضغط يتغير شكل العينة وتستطيل شيئا ما. هذا التغير في اسطالة العينة يزداد بزيادة قوة الشد، حتى تصل إلى النقطة 3 وتسمى «مقاومة الشد» أو أقصي حد للخضوع. وعندما تزيد قوة الشد عن تلك المنطقة فإن القضيب لا يستطيع تحمل إجهاد أكثر من ذلك وينقطع عند النقطة 4 .

يقاس الإجهاد الميكانيكي بالقوة الواقعة على مساحة مقطع العينة الصلبة، أي [[إسحاق نيوتن|نيوتن]]/[[مليمتر|مليمتر مربع]] أو ميجا باسكال.

توجد خاصية تستخدم كثيرا في الهندسة الميكانيكية
وهي تسمى «حد المرونة» وتعريفها كالآتي: حد المرونة هو مقدار الإجهاد الميكانيكي الذي يجعل العينة تستطيل بمقدار 2و0 %. هذا الحد هو النقطة 5 في الشكل.

== حد الخضوع وحد القطع لبعض المواد ==
ملحوظة: تعتمد تلك الخواص على طريقة التصنيع ووجود شوائب في المادة ونوع السبيكة.

{| class="wikitable sortable" border="1"
|-
! المادة !! data-sort-type="number" | حد الخضوع (MPa) !! data-sort-type="number" | حد القطع (MPa) !! data-sort-type="number" | [[كثافة|الكثافة]] g/cm³ !! data-sort-type="number" | Free breaking length (km
|-
| حديد صلب ASTM [[A36 steel]] || 250 || 400 || 7.85 || 3.2
|-
| Steel, API 5L X65<ref>[https://www.ussteel.com/corp/tubular/linepipe-seamless.asp ussteel.com] {{وصلة مكسورة|date= يوليو 2017 |bot=JarBot}} {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120622101738/http://www.ussteel.com/corp/tubular/linepipe-seamless.asp |date=22 يونيو 2012}}</ref> || 448 || 531 || 7.85 || 5.8
|-
| فولاذ سبيكة ASTM [[صلب A514|A514]] || 690 || 760 || 7.85 || 9.0
|-
| كابلات فولاذ مجدولة || 1650 || 1860 || 7.85 || 21.6
|-
| سلك البيانو ||   || 2200–2482 <ref>[http://www.djaerotech.com/dj_askjd/dj_questions/musicwire.html Don Stackhouse @ DJ Aerotech] {{وصلة مكسورة|date= يوليو 2017 |bot=JarBot}} {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20150923215324/http://www.djaerotech.com/dj_askjd/dj_questions/musicwire.html |date=23 سبتمبر 2015}}</ref> || 7.8 || 28.7
|-
| ألياف الكربون (CF, CFK) || || 5650 <ref>[http://www.complore.com/properties-materials-tensile-strength/ complore.com] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170611084548/http://www.complore.com/properties-materials-tensile-strength |date=11 يونيو 2017}}</ref> || 1.75 ||
|-
| بولي إثيلين HDPE || 26–33 || 37 || 0.95 || 2.8
|-
| بولي بروبيلين || 12–43 || 19.7–80 || 0.91 || 1.3
|-
| فولاذ غير قابل للصدأ مدرفل باردا AISI 302 || 520 || 860 ||   ||
|-
| حديد صب 4.5% C, ASTM A-48<ref>{{استشهاد بهارفارد دون أقواس|Beer|Johnston|Dewolf|2001|p=746}}.</ref> || * || 172 || 7.20 || 2.4
|-
| سبيكة تيتانيوم (6% Al, 4% V) || 830 || 900 || 4.51 || 18.8
|-
| سبيكة ألمونيوم 2014-T6 || 400 || 455 || 2.7 || 15.1
|-
| [[نحاس|النحاس]] 99.9% Cu || 70 || 220 || 8.92 || 0.8
|-
| سبيكة نحاس ونيكل 10% Ni, 1.6% Fe, 1% Mn, balance Cu || 130 || 350 || 8.94 || 1.4
|-
| برونز || approx. 200+|| 550 || 5.3 || 3.8
|-
| حرير العنكبوت || 1150 (??) || 1400 || 1.31 || 109
|-
| [[حرير|الحرير]] || 500 ||   ||   || 25
|-
| [[أراميد]] || 3620 ||   || 1.44 || 256.3
|-
| [[عظم|عظام]] || 104–121 || 130 ||   || 3
|-
| [[نايلون]]، || 45 || 75 ||   || 2
|-
| colspan=5 | *لا يوجد [[حديد زهر رمادي|للحديد الزهر الرمادي]] حد خضوع معروف بدقة، فهو قد يختلف ما بين 65% - 80 من حد القطع.<ref>{{استشهاد بهارفارد دون أقواس|Avallone|Baumeister|Sadegh|Marks|2006|p=6‐35}}.</ref>
|}

{| class="wikitable" border="1"
|+معادن معاملة حراريا<ref>A.M. Howatson, P.G. Lund and J.D. Todd, "Engineering Tables and Data", p. 41.</ref>
|-
! !! [[معامل يونغ]] (GPa) !! حد الخضوع (MPa) !! حد القطع/الكسر (MPa)
|-
| [[ألومنيوم|ألمونيوم]] || 70 || 15–20 || 40–50
|-
| [[نحاس]] || 130 || 33 || 210
|-
| [[حديد]] || 211 || 80–100 || 350
|-
| [[نيكل]] || 170 || 14–35 || 140–195
|-
| [[سيليكون]] || 107 || 5000–9000 ||  
|-
| [[تانتالوم]] || 186 || 180 || 200
|-
| [[قصدير]] || 47 || 9–14 || 15–200
|-
| [[تيتانيوم]] || 120 || 100–225 || 240–370
|-
| [[تنجستن]] || 411 || 550 || 550–620
|-
|}

== انظر أيضاً ==
* [[إجهاد (ميكانيكا)|إجهاد (فيزياء)]]
* [[انفعال (علم المواد)]]
* [[مقاومة الشد]]
* [[معامل يونغ]]
* [[اختبار الشد]]
* [[سطح الخضوع]]

== المراجع ==
{{مراجع}}
{{معرفات مركب كيميائي}}
{{شريط بوابات|الفيزياء|علم المواد|هندسة تطبيقية}}

[[تصنيف:لدونة]]
[[تصنيف:مرونة]]
[[تصنيف:ميكانيكا استمرارية]]

حد الخضوع - تاريخ المراجعة

عبد العزيز: استبدال وسائط مستغى عنها في الاستشهاد