Teräksen Youngin moduulin vaihtelu ja johdonmukaisuus

Metallien mekaanisesti mitattu Youngin moduuli on johdonmukaisesti alhaisempi kuin fysikaalisesti mitattu, erityisesti plastisen venytyksen jälkeen. Lisäksi nimellisesti elastinen kuormitus- ja purkautumiskäyttäytyminen ei ole lineaarista, vaan siinä on huomattavaa kaarevuutta ja hystereesiä. Vaikka tästä niin sanotusta ”moduulivaikutuksesta” on julkaistu monia raportteja, ei tiedetä, miten johdonmukaista käyttäytyminen on teräslajien välillä tai eri menetelmillä ja eri toimittajien tuottamien teräslajien sisällä. Toisin sanoen on vain vähän tietoa siitä, onko valmistajien tarpeen mitata ja valvoa mekaanista moduulia jokaisesta teräskelasta, jotta voidaan taata tarkat simulaatiot, johdonmukainen muotoilu ja luotettava käyttäytyminen käytön aikana. Näiden kysymysten käsittelemiseksi 12 teräkselle (4 eri teräslaatua: IF, HSLA, DP600, DP980; 3 valmistajaa kutakin teräslaatua kohti) tehtiin erittäin tarkat moduulimittaukset käyttäen mekaanista testausta, resonanssitaajuusvaimennusanalyysiä ja ultraäänipulssikaikutekniikkaa. Kaikki nämä mittaukset osoittavat huomattavaa yhdenmukaisuutta paitsi toimittajien myös eri laatujen välillä. Jännitys-muodonmuutosvasteen hystereesin/kaarevuuden ensisijaiseksi määrittäjäksi havaittiin seoksen nimellinen virtausjännitys. Muut mekaanisen kokonaismoduulin vaihtelut ovat vähäisiä verrattuna hystereesiin/käyristymiseen. Seuraaviin johtopäätöksiin päädyttiin: 1) yhden teräslaadun toimittajien välillä ei ole merkittäviä eroja, 2) teräslajien välillä on hyvin vähän eroja lukuun ottamatta erilaisten lujuuksien aiheuttamia eroja, 3) mekaaninen kuormituksen purkaminen ja uudelleenlastaus esijännityksen jälkeen ovat samanlaisia, 4) syklisillä kuormitus- ja purkamissykleillä ei ole kumuloituvaa vaikutusta lukuun ottamatta vähäistä virtausjännityksen muutosta, ja 5) kuormituksen tai kuormituksen purkamisen alkumoduuli on hyvin samankaltainen kuin fysikaalinen moduuli, mutta mekaanisesti mitattu jyrkkyys heikkenee hyvin nopeasti kuormituksen tai kuormituksen purkautumisen edetessä, ja se pysähtyy tasanteelle pienilläkin muodonmuutosvoimakkuuksilla (<2 %). Mitattu kuormituksen purku- ja uudelleenlastauskäyttäytyminen on johdonmukaisempaa ja toistettavampaa kuin alkukuormituksen aikana, ja kuormituksen purku on johdonmukaisempaa ja toistettavampaa kuin uudelleenlastauskäyttäytyminen. Siksi suositellaan, että esijännityksen jälkeistä purkautumista käytetään edustamaan tarkimmin kaikkea nimellisesti elastista epälineaarista käyttäytymistä.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.