การทดสอบแรงดึง (Tensile Test)
การทดสอบแรงดึงเป็นการทดสอบพื้นฐานทางวิศวกรรมเพื่อศึกษาความแข็งแรงของวัสดุเมื่อได้รับแรงดึงทิศทางเดียว
(Uniaxial tensile test) เป็นการทดสอบที่ได้รับการยอมรับกันอย่างกว้างขวาง โดยค่าสมบัติเชิงกลที่สนใจคือ ค่าความแข็งแรงแรงดึงสูงสุด (Ultimate tensile strength)
ค่าความแข็งแรงคราก (Yield strength; σY) และค่าเปอร์เซ็นต์การยืดตัว (Elongation) ซึ่งจะถูกนำไปใช้ในการออกแบบและเลือกสรรวัสดุเพื่อนำมาใช้งานทางวิศวกรรมได้อย่างถูกต้องเหมาะสม
การที่จะหาความแข็งแรงของวัสดุด้วยการทดสอบแรงดึงนั้นทำได้โดยค่อยๆ เพิ่มแรงที่กระทำต่อวัสดุที่ละน้อยจนวัสดุเกิดการแตกหัก แรงกระทำสูงสุดที่ทำให้วัสดุเกิดการแตกหักเป็นค่าที่นำไปหาความแข็งแรงของวัสดุ
ซึ่งมักประเมินออกมาในรูปความสัมพันธ์ระหว่างความเค้น (Stress; σ) และความเครียด (Strain; ε)
โดยความเค้นให้นิยามเป็นสัดส่วนของแรงกระทำต่อพื้นที่หน้าตัด ส่วนความเครียดให้นิยามเป็นสัดส่วนของระยะยืดตัวต่อความยาวเดิม ดังนี้
σ=F/A
ε=ΔL/L0
|
เมื่อ F คือแรงที่กระทำตั้งฉากกับหน้าตัด A และ ΔL คือความยาวที่เปลี่ยนไปจากความยาวเดิม L0
|
ความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียดของวัสดุนั้นเป็นการแสดงสมบัติของวัสดุแต่ละชนิดอย่างชัดเจนว่ามีพฤติกรรมเป็นอย่างไร
วัสดุต่างชนิดกันจะมีรูปแบบของกราฟนี้แตกต่างกันไป ค่าสมบัติที่สำคัญของวัสดุนั้นสามารถอ่านได้จากกราฟนี้ เช่น ค่าความเค้นสูงสุดที่วัสดุรับได้ ค่าความเค้นที่ทำให้วัสดุอยู่ในสภาวะยืดหยุ่น เป็นต้น
หากวัสดุยังอยู่ในช่วงยืดหยุ่นเชิงเส้น ความสัมพันธ์ของความเค้นและความเครียดก็จะเป็นไปตามกฎของฮุค (Hook’s Law) นั่นคือความแค้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแครียด
σ=εE
|
เมื่อ E คือค่า Young’s modulus หรือ Modulus of elasticity เป็นพารามิเตอร์สำคัญที่ใช้บอกความยืดหยุ่นของเนื้อวัสดุในขณะรับแรงภายนอก
|
สมบัติที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งก็คือค่าความเค้นคราก เป็นค่าที่ใช้บ่งชี้ว่าวัสดุยังคงรักษาสภาพการเปลี่ยนรูปไว้ได้หรือไม่ หากวัสดุได้รับแรงและก่อให้เกิดความเค้นต่ำกว่าค่าความเค้นคราก วัสดุนั้นจะสามารถคืนสภาพเดิมเมื่อนำแรงกระทำออก
เรียกว่าการเสียรูปแบบยืดหยุ่น (Elastically deformation) หากแรงที่ได้รับก่อให้เกิดความเค้นเกินกว่าค่าความเค้นคราก วัสดุนั้นจะเสียรูปอย่างถาวรไม่สามารถคืนสภาพเดิมได้แม้ว่าจะนำแรงกระทำนั้นออกก็ตาม
เรียกว่าการเสียรูปแบบพลาสติก (Plastically deformation) ดังนั้น ในทางปฏิบัติเมื่อต้องออกแบบชิ้นงานทางวิศวกรรมจึงต้องออกแบบให้ความเค้นของวัสดุที่ใช้ทำชิ้นงานมีค่าไม่เกินค่าความแข็งแรงคราก หรือ
σDESIGN < σY เพื่อการป้องไม่ให้ชิ้นงานพังเสียหายเมื่อใช้งาน
|
|
|
ชิ้นทดสอบการดึง
|
กราฟความเค้น-ความเครียดของวัสดุเหนียว
|
ปฏิบัติการนี้ศึกษาการทดสอบหาสมบัติของวัสดุในรูปแบบการดึงทดสอบแบบแกนเดียว โดยสนใจศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างแรงและระยะยืดตัวของวัสดุชนิดที่แตกต่างกันในรูปของความเค้นและความเครียด เพื่อนำไปหาค่าความแข็งแรงคราก ค่าความแข็งแรงสูงสุด และเข้าใจพฤติกรรมการรับแรงและการแตกหักของวัสดุเหนียวและวัสดุเปราะ
|