المرونة مقابل المتانة: الفرق والمقارنة

الوجبات السريعة الرئيسية

1. الاستجابة المادية للتوتر: في علم المواد ، يشير كل من المرونة والمتانة إلى قدرة المادة على امتصاص الطاقة. المرونة هي قدرة المادة على امتصاص الطاقة عند تشوهها بشكل مرن (أي غير دائم) ، وإطلاق تلك الطاقة عند التفريغ. المتانة ، من ناحية أخرى ، هي إجمالي كمية الطاقة التي يمكن للمادة أن تمتصها قبل التمزق ، بما في ذلك التشوه المرن والبلاستيك (أي التشوه الدائم).
2. المنطقة الواقعة تحت منحنى الإجهاد والانفعال: يتم تمثيل المرونة بالمساحة الواقعة أسفل الجزء المرن (حتى نقطة العائد) لمنحنى الإجهاد والانفعال للمادة ، مع تحديد كمية الطاقة لكل وحدة حجم يمكن للمادة أن تمتصها وتتعافى منها. يتم تمثيل المتانة من خلال المساحة الكلية تحت منحنى الإجهاد والانفعال ، حتى نقطة الكسر ، مما يدل على قدرة المادة على امتصاص الطاقة قبل الانهيار.
3. التطبيقات وخصائص المواد: عند تصميم الهياكل أو المنتجات ، يتم اختيار مادة ذات مرونة عالية عندما يكون الهدف هو تقليل التشوه تحت الضغط ولضمان عودة المادة إلى شكلها الأصلي (مثل النوابض). يتم اختيار مادة ذات صلابة عالية عندما يكون الهدف هو منع حدوث عطل مفاجئ بسبب الكسر أو الشق (كما هو الحال في أجسام السيارات أو هياكل السفن).

ما هي المرونة؟

يتم تعريف المرونة على أنها الخاصية التي تظهرها المادة لتخزين أو امتصاص الطاقة دون تشوه دائم. عندما يتعرض التوتر أو الانضغاط ، يكون من بين الخواص الميكانيكية للمواد. 

تخضع المواد التي تُظهر قدرة عالية على الصمود للتشوه داخل حدود المرونة وتظهر مرة أخرى شكلها الأصلي. أمثلة على المواد التي تظهر خصائص المرونة - المطاط وسبائك معينة.

ما هي المتانة؟

تُعرّف المتانة بأنها القدرة التي تظهرها أي مادة على امتصاص الطاقة دون حدوث كسر. إنها أيضًا إحدى الخواص الميكانيكية التي تظهرها المواد. يتم قياسه من خلال المساحة الإجمالية التي تقع تحت منحنى الإجهاد والانفعال. 

يرتبط سلوك المواد في الصلابة بالمواد التي لديها القدرة على الخضوع لتشوه البلاستيك قبل الفشل. صيغة المتانة كما يلي -
المتانة = المنطقة الواقعة تحت منحنى الإجهاد والانفعال

الفرق بين المرونة والصلابة

1. يتم تعريف مصطلح المرونة على أنها الخاصية التي تظهرها المادة لتخزين أو امتصاص الطاقة دون تشوه دائم. بينما في الوقت نفسه ، يتم تعريف مصطلح المتانة على أنه القدرة التي تظهرها أي مادة على امتصاص الطاقة دون كسر.
2. السلوك الذي تظهره المادة المرنة هو التشوه المرن الذي تستعيد فيه المادة شكلها الأصلي. بينما على النقيض من ذلك ، فإن المتانة التي تظهرها المواد تشبه تشوه البلاستيك حيث تخضع المادة لتشوه دائم.
3. يتم قياس المرونة من خلال المساحة الكاملة التي تغطي المنطقة المرنة لمنحنى الإجهاد والانفعال. بينما ، في المقابل ، من ناحية أخرى ، يتم قياس صلابة المادة من خلال المنطقة الكاملة الواقعة تحت منحنى الإجهاد والانفعال.
4. تكمن أهمية مرونة المادة في قدرتها على امتصاص الطاقة والتعافي بعد تشوه بسيط. بالمقارنة ، من ناحية أخرى ، فإن أهمية صلابة المادة هي القدرة على إحباط التشوه أو التأثير الكبير. 
5. تمثل المنطقة المثلثة لمنحنى الإجهاد والانفعال تحت المنطقة المرنة المرونة. في الوقت نفسه ، يتم تمثيل المتانة من خلال المساحة الكلية تحت منحنى الإجهاد والانفعال.
6. يتمثل السلوك المادي في حالة المرونة في أنها مرتبطة بمواد تُظهر معاملات عالية المرونة (الصلابة). نسبيًا ، من ناحية أخرى ، يرتبط سلوك المواد في الصلابة بالمواد التي لديها القدرة على الخضوع لتشوه البلاستيك قبل الفشل. 

مقارنة بين المرونة والمتانة

معلمة المقارنة	مرونة	صلابة
تعريف	إنها الخاصية التي تظهرها المادة لتخزين أو امتصاص الطاقة دون تشوه دائم	إنها القدرة التي تظهرها أي مادة على امتصاص الطاقة دون التصدع
السلوك	تشوه مرن	تشوه البلاستيك
قياس	إنها المنطقة الكاملة الواقعة تحت المنطقة المرنة لمنحنى الإجهاد والانفعال	إنها المنطقة الكاملة الواقعة تحت منحنى الإجهاد والانفعال
أهمية	إنها القدرة على امتصاص الطاقة والتعافي بعد تشوه صغير	إنها القدرة على إحباط التشوه أو التأثير الكبير
التمثيل	منطقة مثلثة من منحنى الإجهاد والانفعال تحت المنطقة المرنة	إجمالي المساحة التي تقع تحت منحنى الإجهاد والانفعال
السلوك المادي	مرتبط بمواد تظهر معاملات مرونة عالية (صلابة)	يرتبط بالمواد التي لديها القدرة على الخضوع لتشوه البلاستيك قبل الفشل
المعادلة	المرونة = 0.5 × الإجهاد عند العائد × الإجهاد عند العائد	المتانة = المنطقة الواقعة تحت منحنى الإجهاد والانفعال
الوحدات	J / م3 أو J / g	J / م2 أو J / م3
الاستخدام الحرج	لامتصاص الصدمات والقدرة على التحمل مع حد مرن	المواد التي قد تظهر آثارًا كبيرة أو تشوهًا بلاستيكيًا

مراجع حسابات

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022391318303585

آخر تحديث: 24 نوفمبر 2023