Language
Country/Area
No result found
لهذا السبب يتشقق الزجاج! تعرف على كيفية تدمير الصدمات الحرارية للمواد
في حياتنا اليومية، غالبًا ما يكون كسر الأواني الزجاجية مفاجئًا، وغالبًا ما يحدث في أوقات غير متوقعة. في مثل هذه الحالات، غالبًا ما تكون الظاهرة الفيزيائية للصدمة الحرارية هي السبب. تشير الصدمة الحرارية إلى التحميل الميكانيكي العابر الذي يتعرض له الجسم عند درجات حرارة متغيرة بسرعة، نتيجة للاختلافات في التمدد بين أجزاء مختلفة من الجسم بسبب التغيرات في درجات الحرارة. عندما يتجاوز الإجهاد الناتج عن هذا التغيير قوة الشد للمادة، قد تتطور الشقوق، مما يؤدي في النهاية إلى الفشل الهيكلي.
يتم تعريف الصدمة الحرارية عادةً على أنها تغير في درجة الحرارة لا تستطيع المادة التكيف معه خلال فترة زمنية قصيرة، وفي هذه الحالة يجب فهم العلاقة بين الانفعال والإجهاد.
ما هي الصدمة الحرارية؟
يتم تعريف الصدمة الحرارية في المقام الأول على أنها تغير سريع في درجة الحرارة يؤدي إلى تمدد وانكماش غير متساويين بين أجزاء مختلفة من الجسم. مثل هذه التغييرات لا تسبب الإجهاد فحسب، بل تسبب أيضًا أضرارًا هيكلية محلية، وهو سبب رئيسي لفشل العديد من المواد. لذلك، يعد منع الصدمة الحرارية عاملاً مهمًا يجب مراعاته عند تصميم واستخدام المواد المختلفة.
كيف تؤثر الصدمة الحرارية على المواد؟
على سبيل المثال، يعتبر الزجاج المقاوم للحرارة، مثل زجاج البورسليكات، أكثر قدرة على تحمل الصدمات الحرارية بسبب انخفاض معامل تمدده وقوته الأكبر. في المقابل، الكوارتز المنصهر يؤدي أداء أفضل في هذه الجوانب. تتحكم بعض المواد الزجاجية الخزفية، وخاصة أنظمة ألومينوسيليكات الليثيوم، في نسبة معاملات التمدد السلبية في المادة بحيث ينخفض معامل التمدد الإجمالي إلى الصفر تقريبًا على نطاق واسع من درجات الحرارة. يتميز هذا النوع من المواد بخصائص ميكانيكية حرارية فائقة.
عادةً ما يستخدم اختبار الصدمة الحرارية تقنيات إثارة الصدمات، وهي طريقة قياس غير مدمرة.
تدابير لمنع الصدمة الحرارية
لمنع الصدمة الحرارية بشكل فعال، يمكن اتخاذ التدابير التالية أثناء التصميم:
- تقليل التدرجات الحرارية عن طريق تغيير درجة الحرارة تدريجيًا.
- تحسين التوصيل الحراري للمادة.
- تقليل معامل التمدد الحراري للمادة.
- تعزيز قوة المادة.
- إدخال الإجهاد الضاغط، مثل استخدام الزجاج المقسى.
أمثلة على اختبار الصدمة الحرارية
في التطبيقات الصناعية، غالبًا ما يُستخدم اختبار الصدمة الحرارية لضمان ثبات المنتج في ظل التغيرات الشديدة في درجات الحرارة. على سبيل المثال، قد تصبح بعض العبوات الزجاجية هشة عند تعرضها لدورات قصيرة من درجات الحرارة العالية والمنخفضة، وغالباً ما تستخدم طريقة الاختبار هذه لتقييم متانتها. في هذه الاختبارات، يتم وضع العينات في بيئة تتحول بسرعة بين درجات الحرارة العالية والمنخفضة، وأحيانًا بسرعات تتجاوز 15 درجة مئوية في الدقيقة.
فشل الصدمة الحرارية للمواد الهشة
المواد الهشة غالبًا ما تكون أكثر عرضة للصدمات الحرارية، خاصة في ظل التغيرات السريعة في درجات الحرارة. على سبيل المثال، يمكن أن تتسبب المواقد الحديدية القديمة في تشقق المادة إذا تم تسخينها بشكل زائد ثم تغطيتها بالماء البارد. وذلك لأن الجزء الخارجي من المادة يبرد بسرعة بينما يظل الجزء الداخلي مرتفعًا، مما يؤدي إلى إجهاد غير متساوٍ.
يتم استخدام اختبار الصدمة الحرارية في العديد من الصناعات لتحسين ثبات المنتجات وضمان الحفاظ على سلامتها في ظل الظروف القاسية.
ملخص تأثيرات الصدمة الحرارية وأهميتها في اختيار المواد
لا يمكن تجاهل تأثير الصدمة الحرارية، خاصة عند تصميم المواد واختيارها. يمكن أن يؤدي اختيار المواد ذات المقاومة الحرارية العالية للصدمات، مثل بعض أنواع الزجاج والسيراميك، إلى تحسين أداء المنتج واستقراره بشكل كبير. مع تقدم علم المواد، قد يتم تطوير المزيد من المواد المبتكرة التي يمكنها معالجة تحديات الصدمة الحرارية في المستقبل.
عندما نختار المواد، هل أخذنا في الاعتبار التأثير المحتمل للصدمة الحرارية على أدائها؟
