اجرای آزمایش به منظور تعیین خصوصیات رفتاری مواد

اجرای آزمایش به منظور تعیین خصوصیات رفتاری مواد:
اکثر آزمایشگاه های آزمایش مواد دارای دستگاه هایی با قابلیت اعمال بار از طریق روش های مختلف هستند.

به عنوان مثال، این دستگاه ها می توانند بارهای استاتیک و دینامیک را به صورت کششی یا فشاری بر روی نمونه مورد نظر اعمال کنند.

تصویر زیر، نمونه ای از یک دستگاه آزمایش کششی را نمایش می دهد. در این تصویر، نمونه آزمایشگاهی بین دو گیره بزرگ نصب شده و تحت کشش قرار گرفته است.

با شروع بارگذاری، تغییر شکل نمونه توسط وسایل اندازه گیری ثبت می شود. سپس، نتایج به دست آمده از طریق سیستم های کنترل خودکار و پردازش داده درون یک جدول مخصوص قرار می گیرد.

در انتها، تغییرات رفتار نمونه مورد آزمایش در حین بارگذاری به صورت یک منحنی ارائه می شود.

در تصویر زیر، نمای دقیق تری از نمونه مورد استفاده در آزمایش کششی نمایش داده شده است. بخش های انتهایی نمونه در محل قرارگیری شان درون گیره ها دارای اندازه بزرگ تری هستند.

این طراحی، از شکست در نزدیکی گیره ها جلوگیری می کند. توزیع تنش در این نواحی یکنواخت نیست.

به همین دلیل، رخ دادن شکست در نزدیکی آن ها باعث عدم دستیابی به اطلاعات مورد نیاز می شود. در نمونه هایی با طراحی مناسب، شکست در بخش منشوری نمونه رخ می دهد (مانند تصویر زیر).

در این بخش، توزیع تنش به صورت یکنواخت است و میله تحت کشش خالص قرار دارد. دستگاهی که به وسیله دو بازو از سمت چپ به نمونه متصل شده است، کشیدگی سنج یا «اکستنسورمتر» (Extensometer) نام دارد.

این وسیله، کشیدگی نمونه را در حین بارگذاری اندازه گیری کرده و نتایج به دست آمده را به واحد پردازش داده ارسال می کند.

به منظور فراهم شدن امکان مقایسه بین نتایج حاصل از آزمایش های مختلف، ابعاد نمونه ها و نحوه اعمال بار طبق استانداردهای مخصوص انتخاب می شوند.

«انجمن مواد و آزمون آمریکا» (American Society for Testing and Materials) یا اصطلاحاً «ASTM»، یکی از بزرگ ترین سازمان های استاندارد در دنیا است که دستورالعمل ها و استانداردهای مربوط به مواد مختلف و نحوه آزمایش بر روی آن ها را منتشر می کند.

«انجمن استاندار آمریکا» (American Standards Association) یا به اختصار «ASA» و «مؤسسه ملی فناوری و استانداردها» (National Institute of Standards and Technology) یا «NIST» نیز نمونه های دیگری از سازمان های استانداردسازی هستند.

بر اساس استاندارد ASTM، قطر نمونه مورد استفاده در آزمایش کشش 0.505 اینچ (1.28 سانتی متر) و فاصله بین دو نقطه نصب بازوهای کشیدگی سنج بر روی نمونه 2 اینچ (5.08 سانتی متر) است.

هم زمان با شروع بارگذاری، میزان بار محوری اعمال شده به صورت خودکار یا قرائت از روی صفحه، اندازه گیری و ثبت می شود. میزان کشیدگی نمونه در فاصله بین دو نقطه نصب کشیدگی سنج نیز به طور هم زمان مورد اندازه گیری قرار می گیرد.

در یک آزمایش استاتیک، بار به صورت آهسته بر روی نمونه اعمال می شود. به علاوه، به دلیل عدم تأثیر نرخ بارگذاری بر روی رفتار نمونه، این پارامتر به صورت دقیق اندازه گیری نمی شود.

در طرف مقابل، سرعت بارگذاری در یک آزمایش دینامیک بالا است و در برخی از مواقع، بارگذاری ها به صورت چرخه ای صورت می گیرند. به دلیل تأثیر بارگذاری دینامیک بر روی خصوصیات ماده، نرخ بارگذاری نیز در کنار پارامترهای دیگر اندازه گیری می شود.

در آزمایش های فشاری، نمونه های کوچکی به شکل مکعب یا استوانه مورد استفاده قرار می گیرند.

اندازه ضلع نمونه های مکعبی در حدود 5 سانتی متر و قطر نمونه های استوانه ای در حدود 2.5 سانتی متر و ارتفاع آن ها بین 2.5 تا 30 سانتی متر است. در حین آزمایش فشاری نیز مانند آزمایش کششی، امکان اندازه گیری بار اعمال شده و میزان تغییر طول (کاهش طول) نمونه وجود دارد.

تغییرات طول در این آزمایش ها باید در محدوده ای کوچک تر از طول نمونه اندازه گیری شوند (مانند نحوه قرارگیری کشیدگی سنج در آزمایش کششی). دلیل این امر، حذف «اثرات انتهایی» (End Effects) است.

به منظور تعیین مقاومت مورد نیاز بتن در پروژه های ساختمانی، از آزمایش فشاری استفاده می شود.

نمونه های به کار رفته در این آزمایش، معمولاً بتن های 28 روزه با قطر 15 سانتی متر و طول 30 سانتی متر هستند.

آزمایش فشاری به منظور تعیین خواص سنگ های مختلف نیز مورد استفاده قرار می گیرد. با این وجود، نمونه های سنگی معمولاً ابعاد کوچک تری نسبت به نمونه های بتن دارند.