Чому при згинанні напої можуть розриватися?

Більшість людей мали досвід перенесення вкладки алюмінієвий балон назад і вперед, поки він не перерветься. Зазвичай це займає лише кілька повних рухів назад і вперед, перш ніж вкладка перерве.

Aluminum can with stay tab

Що є основною причиною відключення вкладки?

Можливі причини:

Перелом втоми.
Перенапруження металу.
Результат пластичної деформації.

Але який з них?

— hazzey
джерело

Я впевнений, що це, головним чином, є стрес-деформація реакції матеріалу при циклічному навантаженні, що перевищує межу текучості, але мені, можливо, доведеться купити банку чого-небудь на шляху додому, щоб перевірити свої міркування експериментально.

— Trevor Archibald

Відповіді:

Кожен раз, коли ви згинаєте алюміній нижче температури рекристалізації, макроскопічні зерна стають меншими: це відомо як холодна робота. Сторони вкладки або розтягнуті, або стислі. Ефект такий самий, як і наведений нижче приклад. Це дійсно пластична деформація: закладка залишається на місці і не нахиляється назад і залишається на місці.

cold work

Джерело

Те, що ви щойно зробили, - це ускладнити тим, що ці зерна проскочуть один одного, роблячи матеріал важче і збільшуючи його міцність. Ви, однак, також зробили його набагато менш пластичним (і більш крихким). Якщо ви згинаєте ложку, важко зігнути її до правильної форми. Це пояснюється тим, що ця ділянка була холодною і жорсткішою, ніж навколишній метал.

graph

Джерело

Те ж саме відбувається і з вашою алюмінієвою вкладкою, за винятком того, що настає момент, коли він клацне. Ви можете думати про нього як про пучок нижче: Ви згинаєте його з фіксованим відхиленням, яке відповідає певному куту θ. У якийсь момент, коли ваша пластичність падає, ви збираєтеся пройти межу напруги, і воно зачепить.

bending

Джерело

Хоча це може виявитися втомою, з інженерної точки зору дійсно не правильний термін для використання. Втома використовується для опису проблем, які зазвичай з'являються після кількох тисяч циклів навантаження.

— BeyondLego
джерело

Я хочу, щоб +1, але я думаю, що є кілька помилок, які потребують очищення. (1) Зерно не зменшується, об'єм (приблизно) зберігається при пластичній деформації. Вони лише змінюють форму. (2) Зерно не ковзає відносно один одного. Натомість атомні рівнини в окремих зернах ковзають через дислокації. Дислокації наростають, як прослизається, що викликає зміцнення, про що слід згадати. Це викликає зміни форми зерна. (3) Робоче зміцнення викликає збільшення міцності і зниження пластичності, див wiki

— starrise

(4) Оскільки пластична деформація продовжується після міцності на розрив металу, починається шиювання. Теорія того, що відбувається далі на мікроструктурному рівні, не цілком зрозуміла, але вважається, що при виникненні шихт наномасштабні дислокації зводяться до того моменту, коли вони починають формувати пори мікро-масштабу і місця ініціювання тріщин. Як тільки це відбудеться, пори діють як концентратори напруги, створюючи подальшу деформацію поблизу пір, змушуючи їх розширюватися і з часом з'єднуватися, або зливатися. Як пори зливаються, утворюються тріщини макромасштабу.

— starrise

Оскільки пори збільшуються, менше матеріалу з'єднує обидві сторони зони шийки, і напруга продовжує концентруватися на решті матеріалу, прискорюючи деформацію з урахуванням постійної сили. Ви дійсно можете відчути, що це відбувається, коли вкладка зігнута вперед і назад. Врешті-решт, останні зв'язки між двома частинами розриваються, що призводить до остаточного розриву макроскопії, а вкладка розривається.

— starrise

Втома - це навантаження на матеріал внаслідок циклічного навантаження. Найкраще порівняння - гумова стрічка. Коли ви тягнете його знову і знову, він витягується, тому що втомлюваність призводить до того, що еластичність зношується, і вона стає все більш і більш пластичною, поки група не зафіксується. У той час, коли технічна плата розривається через пластичну деформацію, втомне руйнування буде більш правильним, якщо пластична деформація не призведе до руйнування, поки вкладка не буде навантажена значно більше часу, ніж передбачається життєвий цикл.

— C0V3RT_KN1GHT
джерело

Я не згоден, я не думаю, що втома дійсно є міркуванням, коли частина триває протягом 3 циклів. Циклічне навантаження є фактором, але це більше тому, що пластична деформація залишається після повернення закладки у її природне положення.

— Trevor Archibald

@TrevorArchibald ми могли б розділити волосся тут, але те, що ви описуєте, здається, те, що називається 'втома з низьким циклом' .

— Dan

У цьому посиланні йдеться про «втомлюваність з низьким циклом». 10 000 циклів або менше. 3 насправді менше, ніж 10 000, але я все ще думаю, що ми більше в діапазоні пластично деформувати його, поки він не зламається. Навантаження на втому ще не перевищить UTS або межу розтягування матеріалу, я вважаю, що цей режим не працює.

— Trevor Archibald

Втомленість (наскільки мені відомо) застосовується лише тоді, коли навантаження нижче межі текучості матеріалу, що, безумовно, тут не відбувається, оскільки він пластично деформується з кожним вигином.

— BeyondLego

Величина цієї деформації знаходиться в зовсім іншому масштабі, ніж можна очікувати в циклічному сценарії навантаження. Ви можете розірвати вкладку, навіть не виконавши повний цикл. Холодна робота / крихкість відповідь йде безпосередньо до першопричини, не вимагаючи спеціального випадку навантаження на велосипеді, тому я думаю, що це трохи краще пояснення.

— Air

Практично кожен частково має рацію. Ви можете відмовитися від кільцевої тяги за допомогою простого перевантаження за один «цикл», або ви зможете накопичити пластичну деформацію протягом трьох або чотирьох циклів. Як правило, це не можна вважати навіть втомою з низьким циклом, але я не знаю, що існує нижня межа кількості циклів Паризького закону.

— rdt2
джерело