تست پیچش

تست پیچش یکی از انواع آزمون های مکانیکی و مخرب برای آنالیز قطعات است. تعیین مقاومت قطعاتی مانند گاردان ها، شفت ها، تیرهای طره ای در ساختمان ها، در برابر پیچش مهم است چرا که این قطعات تحت پیچش کار می کنند. ضریب الاستیسیته پیچشی ، عاملی است که مقاومت قطعه را در برابر پیچش تعیین می کند و بعنوان نتیجه آزمون پیچش به دست می آید.

دستگاه و تجهیزات مربوط به تست پیچش

 تست پيچش به صورت چرخاندن قطعه یا نمونه موردنظر به یک درجه خاص، با یک نیروی خاص تا زمانی که قطعه بشکند، تعریف می شود. این آزمون توسط دستگاه تست پیچش انجام می شود. این دستگاه دارای دو فک است که یک فک، یک سر قطعه را ثابت نگه میدارد و فک دیگر، انتهای دیگر قطعه را می چرخاند.

هدف آزمايش پيچش

همانطور که پیشتر اشاره شد، با کمک تست پیچش می توان ضریب الاستیسیته پیچشی یا ضریب الاستیسیته برشی را به دست آورد که به تعیین مقاومت پیچشی قطعه کمک می کند. این ضریب، با ضریب الاستیسیته کششی رابطه دارد. ضریب الاستیسیته پیچشی را می توان از طریق روابط مربوطه محاسبه کرد و یا از طریق آزمایش به دست آورد. تست پيچش در صنعت به منظور بررسی مقاومت میله های گرد با مقاطع متغیر مانند هزارخارها انجام می شود. در واقع هدف از ازمون پیچش، تعیین رفتار پیچشی فلزات و رسم منحنی مربوط به آن و تعیین ضریب ارتجاعی پیچشی آن هاست.

تفاوت نحوه شکست در دو نمونه قطعه از جنس مختلف بعد از تست پیچشی

نحوه انجام آزمایش پیچش

نمونه هایی که برای تست پیچش استفاده می شوند، معمولا گرد توپر یا توخالی هستند. تنش برشی به وجود آمده در این تست، ناشی از پیچش قطعه بوده و متناسب با فاصله تا محور نمونه است. درنتیجه در نمونه های توپر، تارهای داخلی تحت تنش کمتری قرار می گیرند. به همین دلیل وقتی تارهای خارجی به تنش تسلیم می رسند، تارهای داخلی هنوز به این تنش نرسیده و در برابر پیچش مقاومت می کنند و مانع تغییر شکل بیشتر تارهای خارجی می شوند. با توجه به این نکته توصیه می شود که، برای انجام آزمون پيچش و به دست آوردن نتایج دقیق تر آن، از نمونه های گرد توخالی استفاده شود تا به همه تارهای قطعه تنش یکسانی وارد شود.

پارامترهای قابل دستیابی در آزمون پیچش

دستگاه تست پيچش دو قسمت نگهدارنده دارد که یکی از آن ها، یک سمت قطعه را نگه می دارد و فک دیگر دستگاه، انتهای دیگر قطعه را می پیچاند. این آزمایش به این صورت که هر دو سمت قطعه چرخانده شود نیز انجام می شود. اگر حرکت چرخشی برای هر دو انتهای قطعه اعمال شود، انتهای آن در جهت مخالف چرخانده می شود. با جایگذاری نمونه در دستگاه تست پیچش و تنظیم محل بارگذاری و اندازه گیری طول بازوی بارگذاری و طول قطعه (L) ، با کمک وزنه ها بارگذاری پله ای آغاز می شود. هر مرتبه که بارگذاری انجام می شود، میزان بار وارده (P) و کرنش حاصل شده (x) ثبت می شوند. مقدار ممان پیچشی (M) و زاویه دوران یافته (φ) به ازای بار وارد شده و بر اساس کرنش اندازه گیری شده، محاسبه می شود و با استفاده از رابطه زیر، ضریب الاستیسیته پیچشی (G) به دست می آید.

G=32LΔM_t/ПD⁴Δφ

انواع تست پیچش

تست های پیچشی را می توان تنها با اعمال یک حرکت چرخشی یا با اعمال نیروهای محوری (تنش یا فشار) و پیچشی انجام داد. انواع تست پیچش از محصولی به محصول دیگر متفاوت است اما می توان آن ها را به صورت زیر دسته بندی کرد:

دستگاه تست پیچشی

• تست پيچشي معمول (Torsion Only) که فقط به صورت اعمال بارهای پیچشی بر روی نمونه آزمایش انجام می شود.
• ازمايش پيچش محوری (Axial Torsion) که به صورت اعمال نیروهای محوری (تنش یا فشار) و پیچش بر روی نمونه است.
• آزمون شکست (Failure Testing) که شامل چرخاندن قطعه، تا زمانی است که شکسته شود. شکست را می توان به عنوان شکستگی فیزیکی یا پیچ خوردگی در نمونه در نظر گرفت.
• تست اثبات (Proof Testing) که عبارت است از، اعمال بار پیچشی و نگه داشتن این بار گشتاور برای مدت زمان ثابت.

دستگاه تست پیچش

• تست عملکردی (Functional Testing) که به آزمایش نمونه ها یا محصولات کامل مانند درب بطری، سوئیچ ها، قلم های شماره گیر یا ستون های فرمان اختصاص داده می شود و به این منظور انجام می شود که، آیا محصول مورد نظر تحت بارهای پیچشی ، مطابق انتظار عمل می کند یا خیر.

نتایج حاصل از تست پیچشی

نتایج حاصل از ازمون پيچش به صورت منحنی گشتاور نسبت به چرخش ایجاد شده رسم می شود. اکثر نمونه ها، یک ناحیه خطی مشابه را نشان می دهند که نشاندهنده مدول برشی است و به دنبال آن تسلیم و شکست نهایی اتفاق می افتد.

نمودار حاصل از تست پیچشی

کاربرد تست پیچش

همانطور که گفتیم، آزمون پيچش رفتار یک نمونه را تحت نیروی پیچشی بیان می کند که باعث ایجاد تنش برشی در محور نمونه می گردد. با کمک این تست می توان عمر خستگی پیچشی ، مقاومت پیچشی ، ضریب الاستیسیته پیچشی و مقدار شکست قطعه را به دست آورد. نتایج تست پيچش در عملیات تولید اهمیت خود را نشان می دهد چرا که این نتایج برای شبیه سازی شرایط سرویس مواد مفید بوده و کیفیت و طراحی محصول را بررسی می کند تا بتوان به این اطمینان رسید که، محصول موردنظر به درستی تولید می شود.

دستگاه تست پیچش

استانداردهای رایج آزمون پیچش

• ASTM F543 : آزمون محوری و پیچشی پیچ های استخوانی
• ASTM A938 : تست پیچش سیم های فلزی
• ISO 7800 : تست پيچشي سیم فلزی
• ISO 7206 : تست استقامت و تست خستگی ایمپلنت های مصنوعی

هزینه ازمایش پیچش

به منظور بررسی هزینه آزمایش پیچش ابتدا سراغ هزینه های مربوط به کاربر میرویم. تعداد نمونه ها، تبدیل نمونه ها به شکلی که مناسب قرار دادن در دستگاه تست پيچش باشد، نوع تست و مواردی از این دست، هزینه آزمایش پیچش را تعیین می کنند. از آن جایی که این آزمون مخرب است، هزینه آزمایش پیچش برای کاربر به دلیل اینکه قطعه تحت آزمایش را از دست می دهد نیز مطرح است.

دستگاه تست پیچش

 اما مزیت این تست به خصوص در تولید انبوه یک قطعه در این است که محصول شده از نظر مقاومت پیچشی بررسی شده و نتایج این تست در بالا بردن کیفیت محصول تولیدی تاثیر زیادی خواهد داشت.

خدمات آزمايش پيچش

خدمات آزمایش پیچش شامل تحویل نمونه، انجام تست روی نمونه و تحویل نتایج به متقاضی است. امروزه در مراکز تحقیقاتی و دانشگاه ها و به خصوص در صنایع مختلف، خدمات ازمایش پیچش ارائه می شود و نتایج آن به بررسی های دقیق تر و تولید محصولات با کیفیت تر کمک شایانی می کند. اگر به دنبال دریافت خدمات ازمايش پيچش هستید، بسته به کاربرد موردنظر و اینکه در زمینه صنعتی مشغول هستید و یا کار آکادمیک انجام می دهید، می توانید به مراکز مختلف مراجعه کرده و نمونه ها و قطعات خود را توسط تست پيچش بررسی کنید.