מדידת חוזק מתיחה דינמית של זכוכית באמצעות מערכת לחיצה

אחד החומרים המשמשים כיום לצורכי מיגון הם חומרים קראמיים וזאת בזכות קושיות גבוהה וחוזק לחיצה יוצא דופן. הבנת תכונות החומר טוב יותר תאפשר יצירת שיטה למדידה ויצירת וסימולציות, ובכך ניתן יהיה לשפר את המיגון ולהציל חיי אדם. השיטות המשמשות למדידת תכונות מתיחה דינמיות (מכיוון שדרוש תיעוד מאמץ במהירויות גבוהות ותחת כוחות בכיוונים שונים) של חומרים קראמיים מורכבות, יקרות ומסורבלות. הקושי הגבוה של הקרמיקות המשמשות לצורכי מיגון יוצר בעיה בתהליך המדידה מכיוון שהכלים המודדים צריכים לא להשתנות או להיהרס. אם יהיו בידי מדענים דרכים יעילות יותר ונוחות יותר למדידת תכונות מתיחה דינמיות של חומרים יוכלו להיות לכך שימושים מעשיים רבים.

זכוכית הינה סוג מיוחד של חומר קראמי בעל מבנה אמורפי ולא גבישי. התכונות המכאניות של זכוכית כמו קשיות גבוהה ופריכות דומות ביחסן לתכונות החומרים הקראמיים לצורכי מיגון, ואם זאת הזכוכית חלשה בהרבה, ולכן יותר נוח לעבוד איתה ולחתוך אותה. לכן היא מייצגת מודל טוב לחומר קראמי לצורכי מיגון.

לרשותנו עומדת מערכת ניסוי מתקדמת העובדת על ידי הפעלה של לחיצה דינמית, כלומר, מפעילה מאמץ לחיצה על הדגם תחת זמן קצר מאוד (מערכת הSHPB – ).  בעבודה נחקור את ישימות של מערכת ניסוי זאת לצורך מדידת תכונות מתיחה דינמיות של חומרים קרמים ובכך להציע דרך נוספת למדידת תכונות אלו. המחקר מבוצע עם מפעל פלסן ומשלב מחקר במעבדה פעילה של מחקר ופיתוח. 

שאלות מחקר

·       כיצד ניתן למדוד מתיחה בחומרים פריכים. והאם שיטות אלו פועלות גם במערכי ניסוי דינאמיים?

·       כיצד ניתן להגדיר מדידה מסוימת כמדידת מתיחה?

מטרות המחקר

–  אפיון חוזק לחיצה ומתיחה דינאמי לחומר פריך (זכוכית) באמצעות ניסוי לחיצה.

עקרונות פיזיקאליים

עבודה זאת מושתתת על העקרונות הפיזיקאליים הבאים :

– עיבור וקצבי עיבור –  ניסוי דינאמי וניסוי סטטי.

– אפיון תכונות חומרים – חוזק חומרים, הבדלים בין מתיחה ללחיצה.

מסקנות

בניסויים שבוצעו הושגו מספר מטרות: הוגדר חוזק הלחיצה של הזכוכית כפונקציה של קצב עיבור באמצעות שיטה ישנה, הוגדר מאמץ המתיחה של זכוכית כפונקציה קצב עיבור באמצעות שיטה חדשה,  והוכח כי שיטה זו אכן ניתנת לשימוש כשיטה למדידת מתיחה גם בתחום דינאמי. 

 שיטת הניסוי שנבחרה לניסוי הראשי  בעבודת החקר הוכחה כאופציה אפשרית לבדיקה מדידת מאמץ מתיחה בזכוכית ולכן אולי גם בחומרים נוספים. השלב הבא יהיה לבצע את אותן סדרות ניסויים בחומרים קראמיים, ולהשוות תוצאות שיטה זו לתוצאות שיטות אחרות המודדות מאמץ מתיחה בתאי ניסוי דינאמיים, בכך לאשר את נכונות השיטה, ולהתאימה לאפיון חומרים פריכים באופן כולל.

מסקנה נוספת מהניסויים שנעשו היא כי רצוי להשתמש בדגמים בעלי גובה הגדול משמונה מ"מ מכיוון שבדגמים קטנים יותר כמות הסדקים באזורי חיתוך בדגם גדולה מדי ביחס לנפח הדגם ולכן יוצרת עיוות בניתוח התוצאות. דבר זה יוצר קושי באפיון מדויק של תכונות הדגם ומספק פיזור תוצאות רחב מהצפוי.

בחירת הזכוכית התבררה כבחירה טובה בשביל ניסוי במסגרת עבודה בית ספרית מכיוון שזכוכית היא חומר נוח לעבודה, באופן יחסי לעומת חומרים קראמיים, ומראה התנהגות של חומר פריך כמו קראמיקות. זכוכית הינה חומר שקוף. דבר זה מספק יתרון באיתור פגמים בדגם מכיוון שסדקים מייצרים עיוות שנראה לעין בקלות ובכך מקלים על פסילת דגמים בעייתיים.

על מנת לאמת שיטה זו ניתן להשתמש בשיטה נוספת והיא השוואת שיטת המדידה באמצעות מערכת SHPB ו – BD לשיטות אחרות למדידת מאמץ מתיחה דינאמי. ניתן לנסות שיטה זו על חומרים שאינם פריכים ובכך להוסיף עוד רובד לפעולת השיטה ולעזור באימותה.

לסיכום, השיטה החדשה שהוצעה בעבודת מחקר זו לצורך אפיון התנהגות של חומר פריך ,זכוכית, בתחום מאמץ מתיחה התבררה כפשוטה באופן יחסי. עם זאת, מספקת השיטה הרבה מידע על החומר הנבדק, ועל כן תוכל להועיל רבות בתחומים שבהם עוד לא יושמה מדידת חוזק מתיחה דינאמי,. כדרך התאמת חומר ליישום מסוים והבטחת איכות. לדוגמא תכנון בניה וייצור מכוניות, כלי עבודה, מטוסים, ספינות  ועוד.

אוקטובר 2021
יום ראשון יום שני יום שלישי יום רביעי יום חמישי יום שישי שבת
26 בספטמבר 2021

חופשת סוכות

חופשת סוכות
27 בספטמבר 2021

חופשת סוכות

חופשת סוכות
28 בספטמבר 2021

חופשת סוכות

חופשת סוכות
29 בספטמבר 2021

חופשת סוכות

חופשת סוכות
30 בספטמבר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
1 באוקטובר 2021 2 באוקטובר 2021
3 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב
4 באוקטובר 2021

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה
5 באוקטובר 2021

ט' מצטיינים

ט' מצטיינים
6 באוקטובר 2021

קבוצת פיזיקה מעשית

קבוצת פיזיקה מעשית
7 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
8 באוקטובר 2021 9 באוקטובר 2021
10 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב
11 באוקטובר 2021

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

סדנאת מנחים צבירי גליל

סדנאת מנחים צבירי גליל
12 באוקטובר 2021

ט' מצטיינים

ט' מצטיינים

קבוצת ביולוגיה חט"ע

קבוצת ביולוגיה חט"ע
13 באוקטובר 2021 14 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
15 באוקטובר 2021 16 באוקטובר 2021
17 באוקטובר 2021

חופשת יום הולדת של הנביא

חופשת יום הולדת של הנביא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב
18 באוקטובר 2021

חופשת יום הולדת של הנביא

חופשת יום הולדת של הנביא

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה
19 באוקטובר 2021 20 באוקטובר 2021

קבוצת פיזיקה מעשית

קבוצת פיזיקה מעשית
21 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
22 באוקטובר 2021 23 באוקטובר 2021
24 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב
25 באוקטובר 2021

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה
26 באוקטובר 2021

ט' מצטיינים

ט' מצטיינים

קבוצת ביולוגיה חט"ע

קבוצת ביולוגיה חט"ע
27 באוקטובר 2021

פיזיקה מדעים חט''ב אזורי

פיזיקה מדעים חט''ב אזורי
28 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
29 באוקטובר 2021 30 באוקטובר 2021
31 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב
1 בנובמבר 2021

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

סדנאת מנחים צבירי גליל

סדנאת מנחים צבירי גליל
2 בנובמבר 2021

ט' מצטיינים

ט' מצטיינים
3 בנובמבר 2021

קבוצת פיזיקה מעשית

קבוצת פיזיקה מעשית
4 בנובמבר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
5 בנובמבר 2021 6 בנובמבר 2021