اختبار الشد
{{لا مصدر|تاريخ =فبراير 2025}}
'''اختبار الشد''' {{إنج|Tensile testing}} في [[هندسة الميكانيك|الهندسة الميكانيكية]] و[[عمارة|الهندسة المعمارية]] هي اختبار عياري لتعيين الخواص الرئيسة للمواد مثل [[حد الخضوع]]، و[[حد الخضوع|مقاومة الخضوع]] (مقاومة الاستطالة) و[[حد القطع]] وغيرها. هذا الاختبار يؤدي إلى كسر قطعة العينة.

[[ملف:Pruefstaebchen.jpg|تصغير|عينات مختلفة من المطاط.]]
[[ملف:Tensile testing on a coir composite.jpg|تصغير|اختبار الشد.]]

تحضر لاختبار الشد عينة من المادة لها مقطع محدد. تعلق من طرفيها في جهاز الشد، وتسلط عليها قوة شد متزايدة حتى يحدت قطع العينة. تقاس أثناء التجربة قوة الشد <math>F</math> واستطالة العينة <math>\Delta L</math> باستمرار. ويحسب [[إجهاد (ميكانيكا)|الإجهاد الميكانيكي]] الواقع على العينة من [[قوة|القوة]] ومقطع العينة قبل اختبارها <math>S_0</math>.

فيكون الإجهاد:

:<math>\sigma_\mathrm{n} = \frac{F}{S_0}</math>

من تغير طول العينة <math>\Delta L</math> يمكن حساب الاستطالة الكلية <math>\varepsilon_\mathrm{t}</math> بالنسبة إلى الطول الأصلي للعينة <math>L_0</math>:

:<math>\varepsilon_\mathrm{t} = \frac{\Delta L}{L_0}</math>

ترسم العلاقة بين تغير استطالة العينة بتزايد قوة الشد. ومن الرسم البياني يمكن استنباط الخواص الميكانيكية للمادة.

== الخواص الميكانيكية للمواد ==
* <math>E</math>: [[معامل يونغ]]
* [[حد المرونة]]
** <math>R_p</math>: [[حد الاستطالة]]
** <math>R_{eL}</math>: حد الخضوع السفلي
** <math>R_{eH}</math>: حد الخضوع العلوي
* <math>R_m</math>: [[مقاومة الشد]]

== وصف اختبار الشد ==
[[ملف:Spgs-Dehnungs-Kurve Streckgrenze.svg|تصغير|شكل 1: تغير طول العينة بزيادة قوة الشد ، حد الخضوع <math>R_{eH}</math> واضح . عند Ag تنحصر العينة وينقص مقطعها ، ثم تنقطع عند نقطة A .]]
[[ملف:Spgs-Dehnungs-Kurve Dehngrenze.svg|تصغير|شكل 2: منحنى لا تظهر فيه نقطة الانتقال من الحد المرن إلى حد الخضوع.]]

في البدء تبين المواد منطقة مرنة للاستطالة، تكون فيها اسطالة العينة متناسبة مع قوة الشد الواقع عليها، تعود العينة إلى طولها الأصلي بعد زوال قوة الشد. الخاصية المتحكمة في تلك المنطقة هي [[معامل يونغ]] <math>E</math> للعينة. التغير في طول العينة يتناسب تناسبا طرديا مع قوة الشد؛ وهذا طبقا [[قانون هوك|لقانون هوك]].

:<math>E = \frac{\Delta \sigma}{\Delta \varepsilon}</math>

بتزايد قوة الشد نصل إلى [[حد الخضوع|حد خضوع]] <math>R_{eH}</math> لا تعود العينة إلى طولها الأصلي رغم زوال قوة الشد؛ تلك المنطقة تسمى خضوع بلاستيكي plastic Deformation ، أي خضوع مرن (أنظر الشكل).

ابتداء من تلك النقطة يعتمد شكل المنحنى على نوع المادة اعتمادا كبيرا. وكثيرا ما لا يبدي المنحنى تقوضا واضحا عند بدء الخضوع البلاستيكي (مثلما في الشكل 1). في تلك الحالة يعين حد الاستطالة
<math>R_{p}</math> من مقدار الاستطالة (وغالبا يؤخذ حد الخضوع البلاستيكي <math>R_{p0,2}</math> عند استطالة مقدارها 0,2 %).

المنحنى في الشكل 1 مأخوذ لعينة من [[فولاذ|الفولاذ]] من نوع [[فريت (توضيح)|فريت]]-[[برليت]] تتميز بوضوح تأثير قوة الشد عليها. وبالنسبة إلى مواد غير معدنية مثل البلاستيك والسيراميك فهي تبين مسارات أخرى لمنحنى الشد، حيث أن الخضوع البلاستيكي للمعادن يكون مصحوبا بتغيرات في البنية البلورية للمعدن ([[عيب بلوري|عيوب بلورية]]). يحدث في المواد غير المعدنية - عند بقاء تغيير في شكلها عقب تسليط قوة شد عليها - انفصال لبعض الربطات وكذلك تكوين لربطات جديدة في مركباتها.

ولكن السمة الثابتة في المواد بعد تعديتها حد المرونة هو أن شكلها يتغير رغم زوال قوة الشد من عليها. ويختفي جزء المرونة <math>\varepsilon_\mathrm{e}</math> من التغير البلاستيكي الكلي <math>\varepsilon_\mathrm{t}</math> الذي يتبقى.

:<math>\varepsilon_\mathrm{t} = \varepsilon_\mathrm{e} + \varepsilon_\mathrm{pl}</math>

تعين قمة منحنى الشد صفة هامة من خواص المواد، وهي [[مقاومة الشد]]
<math>R_m</math> . وقيمة الاستطالة عنده هو «استطالة معتدلة أو منتظمة» حيث أن العينة لا ينحصر مقطعها حتى تلك المنطقة. وعند نقطة انقطاع العينة يمكن تعيين «استطالة الانقطاع» A للمادة.

== إجراء اختبار الشد ==
[[ملف:Al tensile test.jpg|تصغير|يسار| 180px|شكل 3: عينة من سبيكة AlMgSi بعد اختبار القطع.]]
خلال التجربة يقاس عادة كل من مقطع العينة وطولها الفعال، ومنهما يعين الإجهاد والاستطالة. وفي التطبيقات التقنية يقاس المقطع الابتدائي <math>S_0</math> للسهولة والطول البتدائي <math>L_0</math> وتسجل قيم الاستطالة.

وتعادل [[مقاومة الشد]] الحد الأقصى للشد التي تتحمله العينة ويتم تعيينها لاعتمادها على مقطع العينة. وبعد تعدية نقط مقاومة الشد فيقال عن المادة أنها قد فشلت أو اختلت حيث أن انكسار أحد أجزاء آلة لا يمكن تلافيه بعد تعدية نقطة مقاومة الشد.

== اقرأ أيضاً ==
* [[حد الخضوع|خضوع (خواص المواد)]]
* [[حد الخضوع|حد خضوع]]
* [[معامل يونغ]]
* [[حد قطع]]

== المصادر ==
{{مراجع}}

* كتاب «علم المواد 2» للدكتور مطانس شحادة الزلمة 2005-مديرية الكتب والمطبوعات-حلب-سوريا. ص174
* [http://www.marefa.org/index.php/%D8%A7%D8%AE%D8%AA%D8%A8%D8%A7%D8%B1_%D8%A7%D9%84%D8%B4%D8%AF اختبار الشد - المعرفة]
* Czichos, Horst (2006). [http://books.google.com/books?id=8lANaR-Pqi4C Springer Handbook of Materials Measurement Methods]. Berlin: Springer. pp.&nbsp;303–304.
* Davis, Joseph R. (2004). [http://books.google.com/books?id=5uRIb3emLY8C Tensile testing] (2nd ed.)
{{روابط شقيقة}}
{{شريط بوابات|الفيزياء|تقانة|صناعة|علم المواد|هندسة|هندسة ميكانيكية}}
{{ضبط استنادي}}

[[تصنيف:اختبار المواد]]
[[تصنيف:قوانين فيزيائية]]
[[تصنيف:كميات فيزيائية]]
[[تصنيف:مرونة]]
[[تصنيف:ميكانيكا]]
اختبار الشد  في الهندسة الميكانيكية والهندسة المعمارية هي اختبار عياري لتعيين الخواص الرئيسة للمواد مثل حد الخضوع، ومقاومة الخضوع (مقاومة الاستطالة) وحد القطع وغيرها. هذا الاختبار يؤدي إلى كسر قطعة العينة.

تصغير|عينات مختلفة من المطاط.
تصغير|اختبار الشد.

تحضر لاختبار الشد عينة من المادة لها مقطع محدد. تعلق من طرفيها في جهاز الشد، وتسلط عليها قوة شد متزايدة حتى يحدت قطع العينة. تقاس أثناء التجربة قوة الشد  واستطالة العينة  باستمرار. ويحسب الإجهاد الميكانيكي الواقع على العينة من القوة ومقطع العينة قبل اختبارها .

فيكون الإجهاد:

من تغير طول العينة  يمكن حساب الاستطالة الكلية  بالنسبة إلى الطول الأصلي للعينة :

ترسم العلاقة بين تغير استطالة العينة بتزايد قوة الشد. ومن الرسم البياني يمكن استنباط الخواص الميكانيكية للمادة.

 الخواص الميكانيكية للمواد 
 : معامل يونغ
 حد المرونة
 : حد الاستطالة
 : حد الخضوع السفلي
 : حد الخضوع العلوي
 : مقاومة الشد

 وصف اختبار الشد 
تصغير|شكل 1: تغير طول العينة بزيادة قوة الشد ، حد الخضوع  واضح . عند Ag تنحصر العينة وينقص مقطعها ، ثم تنقطع عند نقطة A .
تصغير|شكل 2: منحنى لا تظهر فيه نقطة الانتقال من الحد المرن إلى حد الخضوع.

في البدء تبين المواد منطقة مرنة للاستطالة، تكون فيها اسطالة العينة متناسبة مع قوة الشد الواقع عليها، تعود العينة إلى طولها الأصلي بعد زوال قوة الشد. الخاصية المتحكمة في تلك المنطقة هي معامل يونغ  للعينة. التغير في طول العينة يتناسب تناسبا طرديا مع قوة الشد؛ وهذا طبقا لقانون هوك.

بتزايد قوة الشد نصل إلى حد خضوع  لا تعود العينة إلى طولها الأصلي رغم زوال قوة الشد؛ تلك المنطقة تسمى خضوع بلاستيكي plastic Deformation ، أي خضوع مرن (أنظر الشكل).

ابتداء من تلك النقطة يعتمد شكل المنحنى على نوع المادة اعتمادا كبيرا. وكثيرا ما لا يبدي المنحنى تقوضا واضحا عند بدء الخضوع البلاستيكي (مثلما في الشكل 1). في تلك الحالة يعين حد الاستطالة
 من مقدار الاستطالة (وغالبا يؤخذ حد الخضوع البلاستيكي  عند استطالة مقدارها 0,2 %).

المنحنى في الشكل 1 مأخوذ لعينة من الفولاذ من نوع فريت-برليت تتميز بوضوح تأثير قوة الشد عليها. وبالنسبة إلى مواد غير معدنية مثل البلاستيك والسيراميك فهي تبين مسارات أخرى لمنحنى الشد، حيث أن الخضوع البلاستيكي للمعادن يكون مصحوبا بتغيرات في البنية البلورية للمعدن (عيوب بلورية). يحدث في المواد غير المعدنية - عند بقاء تغيير في شكلها عقب تسليط قوة شد عليها - انفصال لبعض الربطات وكذلك تكوين لربطات جديدة في مركباتها.

ولكن السمة الثابتة في المواد بعد تعديتها حد المرونة هو أن شكلها يتغير رغم زوال قوة الشد من عليها. ويختفي جزء المرونة  من التغير البلاستيكي الكلي  الذي يتبقى.

تعين قمة منحنى الشد صفة هامة من خواص المواد، وهي مقاومة الشد
 . وقيمة الاستطالة عنده هو «استطالة معتدلة أو منتظمة» حيث أن العينة لا ينحصر مقطعها حتى تلك المنطقة. وعند نقطة انقطاع العينة يمكن تعيين «استطالة الانقطاع» A للمادة.

 إجراء اختبار الشد 
تصغير|يسار| 180px|شكل 3: عينة من سبيكة AlMgSi بعد اختبار القطع.
خلال التجربة يقاس عادة كل من مقطع العينة وطولها الفعال، ومنهما يعين الإجهاد والاستطالة. وفي التطبيقات التقنية يقاس المقطع الابتدائي  للسهولة والطول البتدائي  وتسجل قيم الاستطالة.

وتعادل مقاومة الشد الحد الأقصى للشد التي تتحمله العينة ويتم تعيينها لاعتمادها على مقطع العينة. وبعد تعدية نقط مقاومة الشد فيقال عن المادة أنها قد فشلت أو اختلت حيث أن انكسار أحد أجزاء آلة لا يمكن تلافيه بعد تعدية نقطة مقاومة الشد.

 اقرأ أيضاً 
 خضوع (خواص المواد)
 حد خضوع
 معامل يونغ
 حد قطع

 المصادر 

 كتاب «علم المواد 2» للدكتور مطانس شحادة الزلمة 2005-مديرية الكتب والمطبوعات-حلب-سوريا. ص174
 اختبار الشد - المعرفة
 Czichos, Horst (2006). Springer Handbook of Materials Measurement Methods. Berlin: Springer. pp. 303–304.
 Davis, Joseph R. (2004). Tensile testing (2nd ed.)

تصنيف:اختبار المواد
تصنيف:قوانين فيزيائية
تصنيف:كميات فيزيائية
تصنيف:مرونة
تصنيف:ميكانيكا