Necking (Technik) - Wikipedia

Eine Probe aus Polyethylen mit stabilem Hals.

Necking ist in der Ingenieur- oder Materialwissenschaft eine Form der Zugverformung, bei der relativ große Dehnungen in einem kleinen Bereich des Materials überproportional lokalisiert sind. ^[1] Die daraus resultierende markante Abnahme der lokalen Querschnittsfläche bildet die Grundlage für den Namen "Hals". Da die lokalen Dehnungen im Hals groß sind, ist das Einschnüren oft eng mit dem Nachgeben verbunden, einer Form der plastischen Verformung, die mit duktilen Materialien einhergeht, häufig Metallen oder Polymeren. ^[2] Der Hals wird schließlich zu einem Bruch, wenn eine ausreichende Dehnung ausgeübt wird.

Formation [ edit ]

Das Einschnüren resultiert aus einer Instabilität während der Zugverformung, wenn die Querschnittsfläche eines Materials um einen größeren Anteil abnimmt als die Materialverformung. Considère veröffentlichte 1885 das Grundkriterium für das Einschnüren. ^[3] Drei Konzepte liefern den Rahmen für das Verständnis der Halsbildung.

1. Vor der Verformung weisen alle realen Materialien Heterogenitäten auf, z. B. Fehler oder lokale Variationen in Abmessungen oder Zusammensetzung, die lokale Spannungsschwankungen verursachen. Um den Ort des beginnenden Halses zu bestimmen, müssen diese Fluktuationen nur unendlich klein sein.
2. Während der Zugverformung nimmt das Material in der Querschnittsfläche ab. (Poisson-Effekt)
3. Während der Zugverformung verhärtet sich das Material. Der Grad der Verfestigung variiert mit dem Ausmaß der Verformung.

Die letzten beiden Elemente bestimmen die Stabilität, während das erste Element die Position des Halses bestimmt.

Grafischer Aufbau, der Kriterien für die Halsbildung und Halsstabilisierung angibt.

Grafischer Aufbau für ein Material, das sich bei allen Ziehverhältnissen homogen verformt.

Die Abbildungen links zeigen die quantitative Beziehung zwischen der Aushärtung (dargestellt durch die Steigung der Kurve). und eine Verringerung der Querschnittsfläche (angenommen bei der Considère-Behandlung, dass sie mit dem Streckverhältnis umgekehrt variiert), für ein Material, das einen stabilen Hals (oben) und ein Material bildet, das sich bei allen Streckverhältnissen (unten) homogen verformt.

Während sich das Material verformt, werden alle Stellen ungefähr gleich stark gespannt, solange es stärker wird als seine Querschnittsfläche abnimmt. Dies wird bei kleinen Ziehverhältnissen im oberen Diagramm und bei allen Ziehverhältnissen im unteren Bereich gezeigt. Wenn das Material jedoch zu einem geringeren Anteil zu härten beginnt als die Querschnittsverringerung, wie durch den ersten Tangentenpunkt im oberen Diagramm angezeigt, konzentrieren sich die Dehnungen an der Stelle der höchsten Spannung oder der niedrigsten Härte. Je größer die lokale Dehnung ist, desto größer ist die lokale Abnahme der Querschnittsfläche, was wiederum zu einer noch stärkeren Konzentration der Dehnung führt, was zu einer Instabilität führt, die die Bildung eines Halses verursacht. Diese Instabilität wird als "geometrisch" oder "extrinsisch" bezeichnet, da sie die makroskopische Abnahme der Querschnittsfläche des Materials mit sich bringt.

Halsstabilität [ edit ]

Mit fortschreitender Verformung führt die geometrische Instabilität dazu, dass sich die Dehnung im Hals fortsetzt, bis das Material entweder reißt oder das Halsmaterial ausreichend aushärtet zweiter Tangentenpunkt im oberen Diagramm, um stattdessen andere Bereiche des Materials zu verformen. Der Betrag der Dehnung im stabilen Hals wird als natürliches Streckverhältnis ^[4] bezeichnet, da es von den Härtungseigenschaften des Materials bestimmt wird, nicht von der Menge des auf das Material aufgebrachten Streckens. Duktile Polymere weisen oft stabile Hälse auf, da die molekulare Orientierung einen Mechanismus zum Aushärten bietet, der bei großen Dehnungen vorherrscht. [ edit

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1. ^ PW Bridgman, Große plastische Strömung und Fraktur McGraw-Hill, (1952)
2. ^ A.J. Kinloch und R.J. Young, Bruchverhalten von Polymeren Chapman & Hall (1995) S. 108
3. ^ Armand Considère, Annales des Ponts et Chaussées 9 (1885) Seiten 574-775 [19659031] ^ Roland Séguéla Macromolecular Materials and Engineering Band 292, Ausgabe 3 (2006), Seiten 235 - 244
4. ^ R. N. Haward J. Polym Sci Teil B: Polym. Phys. 45 (2007) Seiten 1090-1099