¿Por qué UTM (máquina de prueba de tracción) aplica menos carga después de alcanzar UTS y cuál es la importancia de la pendiente negativa en la curva de tensión-deformación?

Bueno, es la misma duda que solía tener y me rasqué la cabeza para tener una mejor comprensión de la física de la caída repentina de la pendiente en la curva de tensión de tensión.

Pero cuando se trata de física real en UTM como se detalla en las respuestas anteriores, se debe a la pérdida de fuerza debido al cuello y está bien definido en la curva de tensión de esfuerzo real.

Con referencia a la curva de deformación por tensión de ingeniería, como se detalla en la relación de deformación por tensión pdf del MIT desde el siguiente enlace dado

“El cambio aparente del endurecimiento por deformación al reblandecimiento por deformación cerca del esfuerzo final es un artefacto del procedimiento de trazado en la curva de deformación por esfuerzo de ingeniería”.

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La pendiente negativa en la curva de tensión de tensión de ingeniería después de la tensión máxima es solo una representación matemática con muy poca importancia física. Consulte el PDF de tensión de tensión del enlace MIT anterior para obtener más detalles sobre la matemática de la curva de tensión de tensión de ingeniería.

En primer lugar con respecto a los detalles de su pregunta … ¿quién dijo que una curva de esfuerzo / deformación tiene algo que ver con la carga?

Bueno … la tensión tiene un componente de carga, por lo que quizás haya un pequeño malentendido allí …

De todos modos, al mirar una curva de tensión / deformación, debe recordar que es solo eso, una curva de tensión / deformación. El propósito de la curva es describir cómo se deforma un material en función de la cantidad de tensión contenida en el material (mucha gente llama a esta carga, pero en realidad no es una carga).

En los materiales metálicos (como el que está mostrando en su parcela), el material se comporta realmente como una masilla tonta (independientemente de nuestra intuición de los materiales, por eso es importante la trama). Después de una cierta cantidad de estrés (UTS), el material comienza una etapa llamada cuello (Philip Howie tiene un excelente diagrama de esto, sugiero que lo mire). Durante esta etapa, la sección transversal de la barra que se está probando cambia (disminuye) y, como resultado, la barra ya no tiene las mismas propiedades que una vez tuvo. Dado que las propiedades han cambiado, la carga aplicada a la barra debe reducirse para que no se fracture instantáneamente (para capturar este comportamiento tonto de masilla). Cuando se reduce la carga, el esfuerzo calculado disminuye en un resultado, pero dado que el material tiene una sección transversal diferente, este nuevo esfuerzo podría considerarse como otro UTS, se produce un estrechamiento, la barra cambia y repite el ciclo.

Después de un tiempo, la barra ya no puede realizar otro ciclo de cuello y comienza a cortarse como una concentración de tensión (ya que este es el punto más débil). En ese punto ocurre la fractura.

Si tuviera que reconfigurar la gráfica para que sea un diagrama de carga / deformación, obtendría un aumento exponencial en el punto del cuello y el comportamiento del material no se captaría muy bien.

Te sugiero que leas la respuesta de Philip Howie, también es bastante buena.

Lo que ves es la curva de esfuerzo-deformación de ingeniería. Hay otro gráfico llamado como la tensión de tensión verdadera. Como explica Philip Howie en su respuesta, el material comienza a perder su forma cerca de la etapa de fractura. El área se reduce enormemente en este momento, con un aumento de la longitud de la barra / muestra en un gran valor.

Puedes pensar en oro, la barra de oro cuando se somete a tensión se deformará con un cuello casi en forma de ‘V’. Hasta el punto de máxima resistencia, la tensión (es decir, el alargamiento de la muestra a la longitud original) será bastante pequeña. Después de que el alargamiento aumenta (de manera constante), el valor de Estrés / Esfuerzo comienza a disminuir. Esto es lo que vemos hasta que el material se fractura.

En caso de tensión y tensión verdaderas, tomamos los 2 valores exactamente en ese punto. Por lo tanto, cuando vemos el gráfico, apenas se observan cambios notables en la región elástica, pero es una historia diferente después de eso.

La curva de la que está hablando es el diagrama de tensión de esfuerzo de ingeniería y una cosa a tener en cuenta al tratar estos casos es que el área para calcular el estrés es el área de sección transversal no deformada.

Después de UTS, se produce el cuello y la capacidad del material para resistir fuerzas externas disminuye drásticamente y, por lo tanto, se puede deformar aplicando una carga menor. Como todavía estamos usando el área original para calcular el estrés, sigue disminuyendo.

Pero no es el caso mientras tratamos con la curva de tensión de tensión verdadera, ya que siempre usamos un área instantánea para obtener el valor de la tensión y se observa que la tensión continúa aumentando hasta que se produce la fractura.

Estás hablando de la parte de “Necking” al final de la curva. Lo que sucede es que el espécimen se estira y se hace mucho más largo y estrecho. El movimiento de izquierda a derecha en el eje es la longitud de la muestra. El gráfico muestra que se está alargando mucho más en la máquina de tracción y resiste cada vez menos la tracción de la máquina de prueba, hasta que se rompe.

La parte negativa de la curva muestra que la muestra tira con menos fuerza en la máquina de tracción. El tirón reducido es el resultado del estrechamiento de la muestra, y debido a que ahora tiene una sección transversal más pequeña, es menos fuerte. En realidad, puede ver que esto ocurra durante una prueba de tracción de una muestra de metal. Lo que ve es la caída de la tensión en el manómetro, el espécimen se hace más largo y estrecho, y luego un “golpe” cuando la barra se rompe y el manómetro cae a cero.

Por lo tanto, la parte negativa de la curva es causada por el “cuello” de la muestra, que se estrecha, no porque el metal se debilite.

La respuesta dada a continuación es correcta y no tengo nada que agregar. Pero la sugerencia de que la prueba es neumática es probablemente incorrecta; el aire o un gas son una mala elección para una máquina de prueba: da resultados inexactos debido a su compresibilidad. Las UTM (Universal Testing Machine) son prácticamente todas atornilladas o hidráulicas.