تنش تسلیم فولاد چیست؟

دراین مقاله از شهر نوین عمران ومعماری قصد داریم تا در مورد یکی از خصوصیات مهم مقاطع فولادی تحت نام تنش تسلیم فولاد صحبت کنیم ونکات بسیار مهمی که در هیچ مقاله ی دیگر فاش نشده است را به صراحت در اختیار مهندسین عمران کشورمان قرار دهیم.

به طور کلی در مباحث فنی وعلمی که در مورد فولاد مطرح است ۳ داده برای ما طراحان و مهندسان عمران بسیار مهم و حائز اهمیت میباشد:

1. تنش تسلیم فولاد (Fy)
2. تنش نهایی فولاد (Fu)
3. کرنشی که موجب شکست میشود

درمقاله دیگر از شهر نوین عمران ومعماری که در مورد نمودار تنش و کرنش بود مفصل در مورد موضوع اینکه هر کدام از این سه پارامتر چگونه بدست میآید صحبت کرده ایم و بیان کرده ایم که از طریق یکی از آزمایش های عمرانی به نام آزمایش مقاومت کششی یک میله فولادی استاندارد تحت بار کششی فرار میگیرد و تنش های موجود بر روی میله فولادی موجب تغییر شکل و کرنشی در سطح فولاد میشود که نتایج حاصل از اطلاعات کرنش و تنش را به صورت یک نموداری به نام نمودار تنش – کرنش ترسیم میکنند و یکی از نقاط مهم این نمودارد ، نقطه تنش تسلیم فولاد میباشد.حال در این مقاله پس از بیان مقدمه ای کلی فقط به سراغ تنش تسلیم فولاد میرویم و نکات مهم آن  را مطرح میکنیم.

فولاد چیست؟

قبل از رفتن به سراغ مطالب تخصصی این مقاله (تنش تسلیم فولاد) باید بدانیم اصطلاح فولاد یا پولاد برای آلیاژهای آهن که بین ۰/۰۲۵ تا حدود ۲ درصد کربن دارند بکار می‌رود فولادهای آلیاژی غالبا با فلزهای دیگری نیز همراهند. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد.از فولادی که تا ۰٫۲ درصد کربن دارد، برای ساختن سیم، لوله و ورق فولاد استفاده می‌شود. فولاد متوسط ۰٫۲ تا ۰٫۶ درصد کربن دارد و آن را برای ساختن ریل، دیگ بخار و قطعات ساختمانی بکار می‌برند. فولادی که ۰٫۶ تا ۱٫۵ درصد کربن دارد، سخت است و از آن برای ساختن ابزارآلات، فنر و کارد و چنگال استفاده می‌شود. فولاد، انواع فراوانی دارد. که همه آن موارد در جدول کلید فولاد قابل دسترس می باشد.

نمودار تنس – کرنش :

اگر بخواهیم دقیق تر بررسی کنیم میتوانیم بگوییم که تنش تسلیم فولاد از نمودار تنش و کرنش بدست مآید و خود نمودار تنش و کرنش از آزمایش مقاومت کششی بدست میآید.این نمودار تنش و کرنش فولاد به حدی مهم است که ما یک مقاله اختصاصی برای این مسئله نوشته ایم و شما با کلیلک بر روی ” اینجا ”  میتوانید این مقاله را نیز بخوانید.امابه طور کلی میتوانیم به مطالب زیر در مورد نمودار تنش – کرنش در این مقاله اشاره کنیم:

1. تنشی که ما در این نمودار بررسی میکنیم  ” تنش اسمی ” میباشد که با ” تنش واقعی ” متفاوت است.همانطور که ما میدانیم پارامترتنش ، مقدار حاصل از تقسیم نیرو برروی سطح مقطع یک جسم میباشد و با توجه به اینکه در طول مدت زمان یک آزمایشش مقاومت کششی بر اسساس نیرو های متفوات ما سطح مقطع های متفاوتی را داریم ، پس اگر بخواهیم دقیق بررسی کنیم باید از تنش واقعی استفاده کنیم ، اما باتوجه به اینکه ما طراحان سازه ای بیشتر روی موضوعی به نام نیرو تکیه میکنیم ، میتوانیم از مساحت سطح مقطع و تغییرات آن صرفنظر کرده و از تنش اسمی استفاده کنیم.
2. معمولا تمامی فولاد ها تا یک نقطه درای نمودار خطی هستند ، یعنی باتوجه به اینکه شیب این نمودار برابر مدول الاستیسیته میباشد ، اگر ما یک تنش خاص را به نموداربدهیم کرنش از پیش تعیین شده را انتطار داریم.در این ناحیه یک نکته برای ما بسیار مهم میباشد و آن هم این است که در ناحیه خطی که به اصطلاح به آن ناحیه الاستیک میگویند ، اگر بار را به مقطع وارد کنیم و سپس بار را برداریم ، نمودار به جای اول خود برمیگردد و همین مسئله و نکته ساده سال ها قوانین طراحی را در آمریکا و  سایر کشور ها تحت تاثیر خود قرار میداد.
3. شاید جالب باشد که بدانید فولاد های  متفاوت صرفنظر از تنش تسلیم فولاد های متفاوتی که با هم دارند ،؟ مدول الاستیسیته یکسانی و مشابهی نسبت به هم دارند واین مدول الاستیسیته برابر ۲۰۰ گیگا پاسکال میباشد.
4. بعد از این ناحیه خطی به یک نقطه قابل ملاحظه میرسیم که اسم این نقطه تنش تسلیم فولاد میباشد و در نقطه تنش تسلیم فولاد ، فولاد به اصطللاح کش میآید.
5. در نقاط بعدی این نمودار بیشمار نکته مهم دارد که در این مقاله از آن صرفنظر میکنیم و در مقاله نمودار تنش – ککرنش توضیح داده ایم.

در ادامه مطالب قصد داریم شما را با مطلبی آشنا کنیم که این روزها همانند نقل و نبات میان مهندسان عمران مد شده است و آن اصطلاحی به نام تنش تسلیم‌محتمل فولاد میباشد.

تنش تسلیم محتمل فولاد چیست؟

تنش تسلیم محتمل فولاد ،در طراحی سازه های فولادی به همان انداره اهمیت دارد که دانستن تنش تسلیم فولاد (Fy) در طراحی معمولی سازه مهم می باشد.در مورد تنش تسلیم محتمل فولاد میتوان گفت استحکام تسلیم یا تنش تسلیم (Yield stress) در جامدات به میزان تنش مربوط به انتهای بخش خطی منحنی تنش-کرنش در آزمون کشش تک‌محوره و در سیالات (غیرنیوتنی) به مقدار تنشی که با کاهش آن سیال رفتار شبه جامد (تغییرشکل ناپیوسته) پیدا می‌کند گفته می‌شود.

بر اساس گزارشات منتشر شده از مطالعات  و بررسی های اخیر ، حاشیه ی بین تنش تسلیم واقعی فولاد و آن چه استاندارد هایی نظیر ASTM برای فولاد ها اعلام کرده اند و در حال افزایش است.این حاشیه دلیل به وجود آمدن تنش تسلیم محتمل فولاد میباشد.

به عنوان مثال علت به وجود آمدن تنش تسلیم محتمل فولاد A36 را در عکس پایین با هم بررسی میکنیم: