التقنية / دليل فني
زحف المركّبات واسترخاء الإجهاد والاستجابة المعتمدة على الزمن
يمكن لمادة معتمدة على الزمن أن تواصل التشوه تحت إجهاد ثابت، أو أن تخفض إجهادها بينما يبقى انفعالها ثابتًا. وهذان شرطان مختلفان. ولا يستطيع معامل مقاس عند مقياس زمني واحد وصف كل تاريخ تحميل مستمر أو متغير تلقائيًا.
حدد الكمية المتحكَّم بها قبل تفسير الاعتماد على الزمن.
تمثل مطاوعة الزحف ومعامل الاسترخاء علاقتين مختلفتين. ويوضح نموذج النابض والمخمّد اللزج هذا الفرق، لكن معلماته البسيطة واستجابته المثالية طويلة الأمد لا تحددان مادة ريشة حقيقية أو عمرها.
01 / الزحف
قد يصاحب الإجهاد الثابت انفعال متغير.
في تمثيل خطي أحادي البعد تحت خطوة إجهاد تُثبَّت عند σ0، تعطي مطاوعة الزحف J(t) العلاقة ε(t) = J(t)σ0.
في تمثيل خطي أحادي البعد تحت خطوة إجهاد تُثبَّت عند σ0، تعطي مطاوعة الزحف J(t) العلاقة ε(t) = J(t)σ0. ووحدات J هي معكوس الضغط. وتعني زيادة المطاوعة مع الزمن زيادة الانفعال تحت شرط الإجهاد الثابت المحدد.
لا تقابل القوة الخارجية الثابتة إجهادًا ثابتًا إلا عندما تبقى المساحة ذات الصلة وتوزيعات الإجهاد ثابتة على نحو مناسب. وتضيف الهندسة المتغيرة أو حالة الحمل متعددة المحاور فروقًا أخرى. ولذلك ينبغي لمصطلح الزحف أن يحدد الكمية المتحكَّم بها وتمثيل المادة، لا أن يعني ببساطة أي حركة بطيئة.
02 / الاسترخاء
قد يصاحب الانفعال الثابت إجهاد متغير.
لخطوة انفعال تُثبَّت عند ε0 في نموذج خطي متوافق، يعطي معامل الاسترخاء Erel(t) العلاقة σ(t) = Erel(t)ε0.
لخطوة انفعال تُثبَّت عند ε0 في نموذج خطي متوافق، يعطي معامل الاسترخاء Erel(t) العلاقة σ(t) = Erel(t)ε0. ولهذه العلاقة وحدات ضغط. وتعرّف نظرية اللزوجة المرنة في COMSOL الاسترخاء والزحف كلًا على حدة من خلال تاريخهما المعني.
لا يعني انخفاض الإجهاد في ذلك التمثيل أن المادة اختفت أو أن الانفعال المفروض أصبح صفرًا. يبقى القيد الحدي ثابتًا بينما تتغير الاستجابة الداخلية. وقد يجمع تجميع حقيقي بين قوى وإزاحات متغيرة، بدل إعادة إنتاج أي من الشرطين الأوليين بدقة.
03 / نموذج بسيط
لعنصر ماكسويل استجابة محددة ومحدودة.
يضع عنصر ماكسويل المثالي نابضًا خطيًا ومخمّدًا لزجًا على التوالي.
يضع عنصر ماكسويل المثالي نابضًا خطيًا ومخمّدًا لزجًا على التوالي. وعلاقته أحادية البعد هي εdot = σdot/E + σ/η، حيث E معامل النابض وη لزوجة المخمّد. ويتشارك العنصران الإجهاد بينما تتجمع انفعالاتهما.
عند انفعال ثابت بعد الخطوة المثالية، σ(t) = σ0 exp(−t/τ)، مع τ = η/E. وعند إجهاد ثابت، يتضمن النموذج انفعالًا فوريًا للنابض إضافةً إلى انفعال يزداد وفق σ0t/η. وهذه نتائج للعنصر المختار، وليست قانونًا عامًا لكل مركّب.
04 / المقياس الزمني
لا يحدد زمن الاسترخاء عمرًا تشغيليًا.
عند افتراض τ = 10 s، يبلغ الإجهاد في استرخاء ماكسويل المثالي عند t = τ نحو 36.8% من الإجهاد الأولي.
عند افتراض τ = 10 s، يبلغ الإجهاد في استرخاء ماكسويل المثالي عند t = τ نحو 36.8% من الإجهاد الأولي. ولا يدل ذلك على ثابت الزمن لريشة رياح أو إجهادها المسموح أو عمرها المتبقي. ويجب أيضًا إبقاء اصطلاح تطبيق الحمل الأولي في النموذج صريحًا.
يمكن لنماذج أعم أن تحتفظ بفرع مرن طويل الأمد أو بتوزيع لأزمنة الاسترخاء. ويختلف سلوكها طويل الأمد عن سلوك عنصر ماكسويل المفرد. ولا تكفي نقطة بيانات واحدة أو منحنى أسي ملائم لتحديد جميع مكونات النموذج الفيزيائية أو المقدَّرة بالملاءمة تحديدًا فريدًا.
05 / آليات أخرى
يختلف الاعتماد على الزمن عن تراكم الدورات.
يصف الكلال تأثيرات مرتبطة بتاريخ دورات الحمل؛ أما الزحف والاسترخاء فيتعلقان بالاستجابة المعتمدة على الزمن وفق شروطهما.
يصف الكلال تأثيرات مرتبطة بتاريخ دورات الحمل؛ أما الزحف والاسترخاء فيتعلقان بالاستجابة المعتمدة على الزمن وفق شروطهما. وقد تتفاعل، لكن عد الدورات لا يصف تلقائيًا التشوه تحت التحميل المستمر. ويتناول دليل الكلال ذلك التمثيل المنفصل.
قد يشمل الانفعال اللزج المرن استجابة متأخرة قابلة للاسترجاع وسلوكًا تبديديًا بحسب النموذج. ولا ينبغي تسميته تلفًا دائمًا لمجرد تغيره مع الزمن. فالتلف واللدونة والتغيرات الحرارية تتطلب افتراضاتها الخاصة، بدل إخفائها داخل معامل زمني واحد غير مفسر.
06 / نطاق المركّبات
قد تكون للمكونات والاتجاهات تواريخ مختلفة.
يجمع المركّب بين التعزيز والمصفوفة والواجهات، لذلك قد تعتمد الاستجابة المعتمدة على الزمن على الاتجاه ودرجة الحرارة وسلوك المكونات.
يجمع المركّب بين التعزيز والمصفوفة والواجهات، لذلك قد تعتمد الاستجابة المعتمدة على الزمن على الاتجاه ودرجة الحرارة وسلوك المكونات. ويجب أن يحافظ التمثيل الكامل على هذا النطاق. ويميز دليل المكونات أدوار المواد الأساسية.
لا تُحدَّد هنا لمنتجات MARSTON نماذج راتنج أو مطاوعة زحف أو طيف استرخاء أو مقاومة معتمدة على الزمن. ولا يوفر تأكيد GFRP هذه المعلمات. ولا يقدم المقال استقراءً من اختبارات عمر معجَّلة أو حدًا لمدة التشغيل أو إجراءً لتحميل ريشة أو تعديلها.
أدلة فنية ذات صلة: ميكانيكا المركّبات الساندويتشية: القشور الخارجية والقلب والواجهات · اتجاه الصفائح المركّبة والتناظر واقتران الانحناء–الالتواء · صلابة الوصلات المثبّتة بالمسامير: تقاسم الحمل وانفصال أسطح التلامس.
معلومات عامة: COMSOL: شروط الزحف والاسترخاء ونموذج النابض والمخمّد اللزج · MIT OCW: نموذج ماكسويل الأولي وشروط الاسترخاء. تشرح هذه المراجع مفاهيم القطاع؛ وهي منفصلة عن وثائق منتجات MARSTON والمشروع المنطبقة.
المفاهيم والشروط الأساسية.
اقرأ كل كمية مع مرجعها ووحداتها وشروطها المذكورة. فالعلاقة العامة لا تحدد قيمة خاصة بطراز معين.
| المفهوم / الكمية | المعنى / العلاقة | الشروط / الحدود |
|---|---|---|
| مطاوعة الزحف | J(t) بوحدة Pa⁻¹ | تمثيل محدد عند إجهاد ثابت. |
| معامل الاسترخاء | Erel(t) بوحدة Pa | تمثيل محدد عند انفعال ثابت. |
| لزوجة المخمّد اللزج | η بوحدة Pa s | معلمة النموذج المثالي المذكور. |
| زمن ماكسويل | τ = η/E in s | ليس كميةً تعبّر عن العمر التشغيلي. |
| الكلال | تاريخ دورات الحمل | يختلف عن شروط التحميل المستمر الأولية. |
أسئلة هندسية.
هل يشترك الزحف والاسترخاء في الشرط المفروض نفسه؟
لا. ففي الحالتين المثاليتين المذكورتين يثبت أحدهما الإجهاد ويثبت الآخر الانفعال.
هل تعني القوة الثابتة دائمًا إجهادًا موضعيًا ثابتًا؟
لا. فقد تتغير الهندسة وتوزيعات الإجهاد.
هل يصف τ العمر التشغيلي للريشة؟
لا. إنه مقياس زمني في النموذج التأسيسي المختار.
هل يصف عنصر ماكسويل واحد كل مركّب؟
لا. قد تلزم نماذج وآليات أخرى للمادة.
هل يثبت كل تشوه معتمد على الزمن وجود تلف؟
لا. تعتمد آلية الاستجابة وقابليتها للاسترجاع على النموذج والمادة.
هل قيم مثال الثواني العشر خصائص لمنتجات MARSTON؟
لا. إنها قيم مفترضة لتوضيح الاسترخاء المثالي.
استفسار فني
ناقش السؤال الفني.
يمكن لمادة معتمدة على الزمن أن تواصل التشوه تحت إجهاد ثابت، أو أن تخفض إجهادها بينما يبقى انفعالها ثابتًا. شارك الطراز ومعلومات التشغيل أو التصميم المنطبقة لمناقشة هندسية.