넥링(엔지니어링)

Necking (engineering)
안정적인 목을 가진 폴리에틸렌 샘플.
목걸이의 개략적인 묘사. 넥링에 앞서 소재 전체가 균일하게 플라스틱 변형을 겪는다. 불안정한 목이 형성되면 하중을 받는 상태에서 목의 단면적은 계속 줄어드는 반면 목 없는 소재는 더 이상 탄력적으로 변형되지 않는다.
구조용 강재의 대표적인 응력 변형 곡선.

넥링은 공학이나 재료 과학에서 비교적 많은 양의 변형률이 물질의 작은 영역에서 불균형하게 국소화되는 인장 변형 방식이다.[1] 결과적으로 국소 단면적의 현저한 감소는 "목"이라는 이름의 기초를 제공한다. 목의 국부적인 균주가 크기 때문에 목걸이는 종종 연성 물질, 종종 금속이나 중합체와 관련된 플라스틱 변형의 한 형태인 수율과 밀접하게 관련되어 있다.[2] 일단 넥링이 시작되면 줄어든 면적이 목의 국부적 스트레스를 가장 크게 주기 때문에 목은 소재에서 양보하는 배타적인 위치가 된다.

포메이션

넥링은 재료의 단면적이 재료 변형률보다 더 큰 비율로 감소할 때 인장 변형 시 불안정성으로 발생한다. 콘체르는 1885년에 넥타이 매는 기본 기준을 발표했다.[3] 목 형성을 이해하기 위한 프레임워크는 세 가지 개념이다.

  1. 변형되기 전에 모든 실제 재료는 결함이나 치수 또는 구성의 국소적 변동과 같은 이질성을 가지고 있어 응력과 균주의 국소적 변동을 일으킨다. 초기 목의 위치를 결정하려면 이러한 변동은 최소의 크기만 있으면 된다.
  2. 인장 변형 시 단면적이 감소한다.(포아송 효과)
  3. 인장 변형 시 재료의 변형력이 단단해진다. 경화량은 변형 정도에 따라 다양하다.

후자의 두 항목이 안정성을 결정하는 반면, 첫 번째 항목은 목의 위치를 결정한다.

목 형성 및 목 안정화 기준을 나타내는 그래픽 구조
모든 그리기 비율에서 균일하게 변형되는 재료의 그래픽 구조

왼쪽 그림에는 안정적인 목(상단)을 형성하는 재료와 모든 그리기 비율(하단)에서 균일하게 변형되는 재료에 대한 경화(곡선의 기울기로 인한 변화)와 단면적의 감소(추첨 비율에 반비례한다고 가정함) 사이의 양적 관계가 표시된다.

재료가 변형될 때, 상단 다이어그램의 작은 그리기 비율과 하단 모든 그리기 비율에서와 같이 단면적이 감소하는 것보다 더 단단해지는 한 모든 위치는 대략 같은 양의 스트레인을 겪는다. 그러나 상단 다이어그램의 첫 번째 접선 지점으로 나타난 바와 같이 단면적의 감소보다 작은 비율로 재료가 경화되기 시작하면 변형률은 가장 높은 응력 또는 가장 낮은 경도의 위치에 집중된다. 국부적 변종이 클수록 단면적의 국부적 감소량이 커지며, 이는 다시 훨씬 더 많은 변형의 집중을 유발하여 목의 형성을 유발하는 불안정성으로 이어진다. 이러한 불안정성을 "기하학" 또는 "초음파"라고 부르는데, 이는 단면적의 물질 거시적인 감소와 관련이 있기 때문이다.

목 안정성

변형이 진행됨에 따라 기하학적 불안정성은 상단 다이어그램의 두 번째 접선 지점으로 표시된 것처럼 재료가 파열되거나 목 부분이 충분히 단단해질 때까지 목에서 계속 집중되어 재료의 다른 영역이 변형되도록 한다. 안정목의 스트레인 정도를 재료에 부과되는 도면의 양이 아니라 재료의 경화특성에 따라 결정되기 때문에 자연적 도금비라고[4] 한다. 분자 방향은 큰 변종에서 지배적인 경화를 위한 메커니즘을 제공하기 때문에 연성 고분자는 종종 안정된 목을 나타낸다.[5]

수학적 처리

공학적 응력 변형률 곡선에서 목걸이의 시작은 곡선의 최대 하중, 즉 재료가 전달할 수 있는 최대 적용 하중 또는 궁극의 인장 강도에서 발생한다. 운반되는 하중은 다음과 같다.

Fi = σT A

여기서 σ은T 진정한 스트레스, A는i 순간적인 영역이다. 최대값에서 힘의 파생은 다음과 같다.

dF = dσT Ai + σT dAi = 0

또는

ddT/duT = -dAi /Ai

따라서 넥링의 기준은 내부 스트레스의 증분 증가가 스트레스가 국부적인 단면적의 증분 감소와 정확히 같다는 것이다.[6]


참고 항목

참조

  1. ^ P.W. Bridgman, 대형 플라스틱 유동 및 파괴, McGraw-Hill, (1952)
  2. ^ A.J. Kinloch 및 R.J. Young, 폴리머의 파단거동, Chapman & Hall (1995) p108
  3. ^ Armand Concesere, Annales des Ponts et Chaussées 9페이지 (1885년) 574-775
  4. ^ 롤랜드 세겔라 맥로볼라 재료 및 엔지니어링 292권 발행 3(2006) 페이지 235 - 244
  5. ^ R. N. Haward J. Polym Sci 파트 B: Polym. 45페이지(2007) 1090-1099
  6. ^ Courtney, Thomas H. (2000). Mechanical behavior of materials (2nd ed.). Boston: McGraw Hill. ISBN 0070285942. OCLC 41932585.