دستگاه تست کشش: تعریف، نحوه کار، انواع، اجزا و روش استفاده

تست کشش یک روش آزمایش مخرب است که با استفاده از دستگاه تست کشش انجام می شود. آزمایشگر مقاومت کششی با نگه داشتن یک نمونه در یک جفت دستگیره و سپس اعمال بار کششی فزاینده تا زمانی که نمونه شکسته شود، کار می کند. اگر سطح مقطع اولیه نمونه و همچنین میزان ازدیاد طول (میزان تغییر طول) مشخص باشد، می توان استحکام کششی را محاسبه کرد. تست کشش را می توان با استفاده از دستگاه تست جهانی الکترومکانیکی یا هیدرولیک انجام داد. این دستگاه از دسته های نمونه برای نگه داشتن قطعه آزمایش، یک ضربدر برای حرکت و اعمال بارگذاری و یک سیستم جمع آوری داده برای ثبت پارامترهای آزمایش تشکیل شده است. این مقاله بیشتر در مورد ماشین‌های تست کشش، نحوه کار، انواع و اجزای سازنده و مثال‌هایی بحث خواهد کرد.

دستگاه تست کشش چیست؟

دستگاه تست کشش دستگاهی است که خواص مکانیکی یک ماده را اندازه گیری می کند. یک دستگاه تست کشش از یک سیستم الکترومکانیکی یا هیدرولیک برای اعمال بار کششی بر روی قطعه آزمایش تا زمان شکست استفاده می کند. در طول آزمایش، دستگاه استحکام کششی میزان ازدیاد طول، تغییر طول و بار اعمال شده را ثبت می‌کند که می‌توان از آن برای تعیین ویژگی‌های ماده نمونه استفاده کرد.

دستگاه تست کشش چگونه کار می کند؟

یک آزمایشگر کششی با گرفتن یک نمونه از یک مقطع شناخته شده و سپس جدا کردن آن با سرعت از پیش تعیین شده تا زمان شکست کار می کند. نتیجه آزمایش کششی را می توان برای یافتن استحکام کششی، ازدیاد طول و سفتی تفسیر کرد. بسیاری از تسترهای کششی نیز می توانند فشرده سازی را انجام دهند. برای تست فشاری، تنظیمات یکسان است، اما به صورت معکوس عمل می کند و از دستگیره های مختلف برای نگه داشتن مواد استفاده می کند.

استفاده از دستگاه تست کشش چیست؟

دستگاه های تست کشش برای تعیین خواص مکانیکی یک ماده از جمله: استحکام تسلیم، مقاومت کششی نهایی و شکل پذیری استفاده می شود. موارد استفاده از ماشین های تست کشش در زیر ذکر شده است:

1. انتخاب مواد برای کاربردهای مهندسی
2. تضمین کیفیت مواد.
3. مقایسه خواص مواد یا فرآیندهای جدید.
4. برای شناسایی رفتار مواد تحت بار.

اهمیت دستگاه تست کشش چیست؟

استفاده از دستگاه تست کشش برای تعیین خواص و رفتار یک ماده مهم است. آزمایش کشش باید برای تعیین خواص مکانیکی انجام شود تا بتوان مواد مناسب را برای کاربرد انتخاب کرد.

چرا تست مقاومت کششی مهم است؟

آزمایش مقاومت کششی مهم است زیرا می توان از آن برای درک نحوه عملکرد یک ماده استفاده کرد. آزمایش کشش برای درک خواص مکانیکی اولیه یک ماده اساسی است. سازندگان باید به طور کامل خواص مکانیکی یک ماده را هنگام انتخاب آن برای کاربردها درک کنند. برای اطلاعات بیشتر، راهنمای ما در مورد مقاومت کششی را ببینید .

چگونه یک دستگاه تست کشش در پرینت سه بعدی مهم است؟

استفاده از تست کشش برای مواد پرینت سه بعدی برای تعیین خواص مواد قطعه مهم است. از آنجایی که قطعات ساخته شده از پرینت سه بعدی دارای ویژگی های ناهمسانگرد هستند، برای درک کامل آنها به آزمایش های گسترده تری نیاز دارند. برای مواد پرینت سه بعدی، آزمایش های کششی زیادی برای درک کامل خواص مواد مورد نیاز است.

انواع مختلف ماشین های تست کشش چیست؟

دو نوع اصلی از ماشین های تست کشش وجود دارد که در زیر ذکر شده است:

1. ماشین آلات تست کشش هیدرولیک

دستگاه تست کشش هیدرولیک دستگاهی است که از یک سیستم هیدرولیک برای اعمال بار کششی بر روی نمونه آزمایشی برای تعیین خواص آن استفاده می کند. تسترهای کشش هیدرولیک بر پایه یک پیستون تک یا دو اثره است که از قانون پاسکال برای اعمال نیروی زیادی به نمونه استفاده می کند. با یک سیستم سروو هیدرولیک، یک شیر سروو الکترونیکی برای تنظیم سرعت حرکت سیال هیدرولیک استفاده می شود. این تنظیم سرعت بارگذاری را کنترل می کند. دستگاه های آزمایش هیدرولیک برای آزمایش فلزات و بتن طراحی شده اند.

2. ماشین آلات تست کشش الکترومکانیکی

تستر کشش الکترومکانیکی دستگاهی است که از یک موتور با سرعت متغیر برای اعمال بار کششی مورد نیاز برای آزمایش استفاده می کند. این دستگاه با استفاده از یک موتور الکتریکی با سرعت متغیر کار می کند که به 1 تا 4 پیچ مورد استفاده برای حرکت دادن کراس هد از طریق یک جعبه دنده کاهشی متصل می شود. یک ریزپردازنده برای کنترل موتور با سرعت متغیر و تنظیم سرعت کراس هد استفاده می شود. دستگاه های تست الکترومکانیکی برای آزمایش: پلیمرها، الاستومرها، کامپوزیت ها و منسوجات طراحی شده اند.

اجزای یک ماشین تست کشش چیست؟

دستگاه تست کششی یک قاب بار فلزی است که از یک جفت دستگیره نمونه برای جدا کردن یک قطعه آزمایشی با استفاده از یک متقاطع متحرک و ثابت استفاده می کند.

قطعات دستگاه تست کشش عبارتند از:

1. یک سلول بار
2. کشش سنج
3. دسته های نمونه
4. متحرک کراس هد
5. الکترونیک
6. قاب را بارگذاری کنید
7. سیستم اکتساب داده ها

چگونه می توان از داده های تست کشش در طراحی محصول استفاده کرد؟

در طراحی محصول، آزمایش های کششی می تواند برای آزمایش خواص مکانیکی اساسی یک ماده مورد استفاده در یک محصول استفاده شود. هر زمان که قرار است از یک ماده جدید در یک محصول استفاده شود، خواه به عنوان بخشی از یک محصول جدید یا موجود، آزمایش مقاومت کششی انجام شود تا اطمینان حاصل شود که مواد برای هدف مناسب هستند. با این حال، گاهی اوقات مواد ثابت می ماند اما برنامه تغییر می کند. این امر محیط عملیاتی قطعه را تغییر می‌دهد که به آزمایش جدیدی نیز نیاز دارد تا تأیید شود که قطعه کار می‌کند.

چگونه از دستگاه تست کشش استفاده کنیم؟

برای انجام آزمایش کشش، اپراتور یک نمونه را در دو دستگیره نمونه دستگاه قرار می دهد. پس از بارگذاری نمونه، اپراتور سرعت حرکت صحیح را برای نوع ماده انتخاب می کند. سپس تستر نمونه را تا زمان شکست جدا می کند. اکستانسومتر فاصله حرکت شده را ثبت می کند و حرکت را بر روی یک نمودار به صورت الکترونیکی رسم می کند. پس از تکمیل، نتایج گرافیکی برای درک خواص و رفتار مواد تفسیر می‌شوند.

چگونه مواد را برای ماشین های تست کشش آماده کنیم؟

برای تهیه یک ماده آماده برای آزمایش، این ماده به شکلی شبیه “دمبل” یا “استخوان سگ” در می آید. آماده سازی مواد به این روش، به دستگیره ها یک جفت “شانه” می دهد تا نمونه را از هم جدا کنند. شکل دادن به نمونه به شکل “دمبل” تضمین می کند که نمونه در قسمت باریک شکست می خورد. شکل 2 زیر نحوه شکل گیری نمونه را نشان می دهد:

شکل مناسب نمونه برای آزمایش کششg

چه نوع موادی را می توان با استفاده از دستگاه تست کشش آزمایش کرد؟

انواع مواد قابل آزمایش در زیر ذکر شده است:

1. سرامیک

سرامیک ها جامدات غیر فلزی و غیر آلی هستند که معمولا شکننده هستند. سرامیک ها با استفاده از فرآیند مشابه فلزاتی که از نمونه ای به شکل “استخوان سگ” استفاده می کنند، آزمایش می شوند. با این حال، آزمایش کشش سرامیکی به دلیل شکنندگی بیشتر سرامیک ها سخت و نادر است. شکنندگی سرامیک ها به این معنی است که شکل دادن به نمونه ها، گرفتن آنها یا تراز کردن تنش های بار به درستی بدون شکستن آنها قبل از انجام آزمایش دشوار است. در حالی که متداول ترین ماده سرامیکی، بتن، دارای مقاومت کششی بسیار پایینی در محدوده 2 تا 5 مگاپاسکال است، سرامیک های پیشرفته ای از جمله آلومینا و زیرکونیا نیز وجود دارند که هر دو می توانند مقاومت کششی به ترتیب تا 1138 مگاپاسکال و 551 مگاپاسکال داشته باشند.

2. منسوجات

نساجی به هر ماده ای اطلاق می شود که فیبری باشد. این شامل نخ ها و پارچه های بافته می شود. مواد را می توان بافته شده، غیر بافته شده، یا به صورت فیلم یا ورق. منسوجات را می توان به صورت مرطوب یا خشک آزمایش کرد و بسته به مواد و شرایط مورد استفاده از انواع استانداردهای ASTM استفاده کرد. این مواد برای یافتن مقاومت پارگی آنها آزمایش می شوند. منسوجات قبل از ادغام در یک کامپوزیت مانند پلیمر یا الاستومر تقویت شده با الیاف آزمایش می شوند. کتان می تواند مقاومت کششی 280 مگاپاسکال را تجربه کند و نایلون دارای استحکام 60 تا 90 مگاپاسکال است.

3. فلزات

فلزات موادی هستند که دارای پیوند اتمی فلزی هستند، جریان الکتریکی را هدایت می کنند و به خوبی گرم می شوند. فلزات ساده ترین مواد برای آزمایش هستند زیرا نمونه ها به راحتی در نمونه های آزمایش استخوان سگ شکل می گیرند. اینها معمولاً برای درک خواص آنها برای استفاده در اجزای ساختاری آزمایش می شوند. فلزات برای استفاده تقریباً در هر صنعت از جمله: خودروسازی، هوانوردی، دریایی، پزشکی و ساخت و ساز آزمایش می شوند. تنها چالشی که برای آزمایش فلزات وجود دارد این است که برخی از فولادهای با استحکام بالا باعث ایجاد انحراف در دستگاه آزمایش شده و باعث عدم دقت می شود. استحکام کششی مس تقریباً 220 مگاپاسکال است در حالی که آلیاژ تیتانیوم می تواند 900 مگاپاسکال باشد.

4. پلیمرها

پلیمرها مواد مصنوعی هستند که از یک زنجیره مونومر ساخته شده اند. آنها دارای خواص گسترده ای هستند – برخی از آنها فوق العاده الاستیک و برخی بسیار شکننده هستند. برخی از پلاستیک های شکننده نقطه تسلیم قابل توجهی را تجربه نمی کنند که در آن ماده از تغییر شکل الاستیک به تغییر شکل پلاستیک تغییر شکل می دهد. به همین دلیل، برای تعیین قدرت تسلیم این مواد از یک کرنش از پیش تعیین شده استفاده می شود که کمتر از 0.5٪ است. پلیمرها برای درک کاربرد آنها در کامپوزیت های پلیمری آزمایش می شوند. آنها در استحکام کششی متفاوت هستند اما عموماً نسبتاً ضعیف هستند. به عنوان مثال، پلاستیک ABS دارای استحکام کششی 40 مگاپاسکال است.

5. کامپوزیت ها

کامپوزیت ها دو ماده ای هستند که با اتصال به یکدیگر ماده ای با خواص مطلوب تری ایجاد می کنند. اینها معمولاً به پلاستیک تقویت شده با الیاف اشاره دارند. کامپوزیت ها را می توان در شرایط مختلفی آزمایش کرد: یک رشته تک رشته ای، یک رشته رشته، یک ورقه ورقه یک طرفه، یک لمینت چند جهته، یک جفت ورقه ورقه پیچ شده یا ورقه ورقه چسبان. از آنجایی که کامپوزیت ها ناهمسانگرد هستند، می توان آنها را برای تعیین خواص آنها در جهت های مختلف آزمایش کرد. کامپوزیت ها برای استفاده در کاربردهایی از جمله هوافضا و کاربردهای خودرو با کارایی بالا آزمایش می شوند. فیبر کربن استاندارد می تواند از مقاومت کششی نهایی 600 مگاپاسکال بهره مند شود.

6. الاستومرها

الاستومرها ترکیبی بسیار شبیه به پلیمرها دارند به جز اینکه پیوندهای عرضی کمتری دارند که باعث می‌شود سختی کمتری داشته باشند و خاصیت ارتجاعی بیشتری داشته باشند. الاستومرها به نرخ انتخابی ازدیاد طول و حرارتی که در آن آزمایش انجام می شود بسیار حساس هستند. آنها به عنوان لاستیک و محصولات لاتکس استفاده گسترده ای دارند. پلی ایزوپرن (لاستیک سخت) دارای استحکام کششی نهایی در حدود 39 مگاپاسکال است که از اکثر پلاستیک ها کمتر است.

آیا ماشین های تست کشش بر اساس مواد متفاوت هستند؟

خیر، ماشین‌های تست کشش عمدتاً از آلومینیوم و فولاد ساخته شده‌اند، زیرا این مواد قوی و سفت هستند که انحراف را در طول آزمایش به حداقل می‌رساند.

آیا ماشین های تست کشش می توانند علل خرابی مواد را تعیین کنند؟

خیر، نمی توان از ماشین های تست کشش برای تعیین علل خرابی مواد استفاده کرد. از ماشین های تست کشش می توان برای شبیه سازی شکست نمونه ها تحت بار کششی استفاده کرد. اما این نمی تواند علت خرابی قطعه را مشخص کند. آزمایشگرهای کششی را می توان برای کمک به تجزیه و تحلیل شکست برای نشان دادن نحوه رفتار مواد استفاده کرد، اما این به طور قطع نشان نمی دهد که چه چیزی باعث شکست یک ماده شده است.

آیا می توان بیومواد را با استفاده از دستگاه های تست کشش آزمایش کرد؟

بله، بیومواد را می توان با استفاده از دستگاه های تست کشش آزمایش کرد. برای اینکه یک دستگاه پزشکی به درستی برای استفاده واجد شرایط باشد، باید مواد زیستی که جایگزین آن می شود کاملاً درک شود. استخوان ها، بافت استخوانی و رباط ها همگی بیوموادهایی هستند که در دستگاه تست کشش آزمایش می شوند.

مزایای دستگاه تست کشش چیست؟

مزیت استفاده از دستگاه تست کشش، توانایی درک خواص و رفتار طیف وسیعی از مواد است. سایر مزایای استفاده از تست کشش عبارتند از:

1. کیفیت یک ماده را تست کنید.
2. عیوب مواد را شناسایی کنید.
3. عیوب طراحی را شناسایی کنید.
4. مواد جدیدی را برای استفاده در یک محصول پیدا کنید.
5. یک بخش یا ماده را برای یک برنامه جدید واجد شرایط کنید.

محدودیت های یک ماشین تست کشش چیست؟

بزرگترین محدودیت آزمایش کشش این است که یک روش آزمایش مخرب است، به این معنی که قطعه آزمایش شده قابل استفاده نیست. سایر محدودیت های آزمایش کشش عبارتند از:

1. محدودیتی در اندازه قطعه مورد آزمایش وجود دارد (این قطعه نمی تواند خیلی کوچک یا خیلی بزرگ باشد).
2. آماده سازی نمونه هایی برای آزمایش زمان بر است.
3. نیاز به آموزش و حفظ کارکنان ماهر دارد.
4. این یک سیستم گران قیمت برای خرید و نگهداری است.
5. احتمالاً برای گرفتن نمونه ها به ابزار تخصصی نیاز دارد.

ماشین های تست کشش چقدر دقیق هستند؟

ماشین های تست کشش یک نوع دقیق آزمایش هستند. اکثر ماشین‌های تست کشش مدرن برای مطابقت با ISO 6892-1 یا ASTM E8 ساخته شده‌اند. برای رعایت این استانداردها، ماشین های تولیدی باید دقت مثبت یا منفی 1% اندازه گیری آزمایش شده را داشته باشند. به عنوان مثال، اگر آزمایش طول 1 اینچ را اندازه گیری کند، کشیدگی واقعی بین 0.99 اینچ تا 1.01 اینچ خواهد بود