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.

ינואר 2024
יום ראשון יום שני יום שלישי יום רביעי יום חמישי יום שישי שבת
31 בדצמבר 2023

חופשת חורף

חופשת חורף

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יב

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יב
1 בינואר 2024

חופשת חורף

חופשת חורף
2 בינואר 2024

חופשת חורף

חופשת חורף
3 בינואר 2024

חופשת חורף

חופשת חורף
4 בינואר 2024

חופשת חורף

חופשת חורף

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יא

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יא
5 בינואר 2024

חופשת חורף

חופשת חורף
6 בינואר 2024

חופשת חורף

חופשת חורף
7 בינואר 2024

חופשת חורף

חופשת חורף

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יב

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יב
8 בינואר 2024

חופשת חורף

חופשת חורף

מסלול הכשרת מנחי חקר פיזיקה

מסלול הכשרת מנחי חקר פיזיקה
9 בינואר 2024 10 בינואר 2024

מסלול הכשרת מורי/ות מדעים חט"ב

מסלול הכשרת מורי/ות מדעים חט"ב
11 בינואר 2024

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יא

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יא
12 בינואר 2024 13 בינואר 2024
14 בינואר 2024

קבוצת פיתוח פדגוגי - ט' מצטיינים

קבוצת פיתוח פדגוגי - ט' מצטיינים

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יב

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יב
15 בינואר 2024

מסלול הכשרת מנחי חקר פיזיקה

מסלול הכשרת מנחי חקר פיזיקה
16 בינואר 2024 17 בינואר 2024

מסלול הכשרת מורי/ות מדעים חט"ב

מסלול הכשרת מורי/ות מדעים חט"ב
18 בינואר 2024

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יא

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יא
19 בינואר 2024 20 בינואר 2024
21 בינואר 2024

קבוצת פיתוח פדגוגי - ט' מצטיינים

קבוצת פיתוח פדגוגי - ט' מצטיינים

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יב

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יב
22 בינואר 2024

מסלול הכשרת מנחי חקר פיזיקה

מסלול הכשרת מנחי חקר פיזיקה
23 בינואר 2024 24 בינואר 2024

מסלול הכשרת מורי/ות מדעים חט"ב

מסלול הכשרת מורי/ות מדעים חט"ב
25 בינואר 2024

חג הנביא אליהו, עיד אל־חד'ר

חג הנביא אליהו, עיד אל־חד'ר

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יא

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יא
26 בינואר 2024 27 בינואר 2024
28 בינואר 2024

ט' מצטיינים-ערב סיום

ט' מצטיינים-ערב סיום

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יב

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יב
29 בינואר 2024

מסלול הכשרת מנחי חקר פיזיקה

מסלול הכשרת מנחי חקר פיזיקה
30 בינואר 2024 31 בינואר 2024

מסלול הכשרת מורי/ות מדעים חט"ב

מסלול הכשרת מורי/ות מדעים חט"ב
1 בפברואר 2024

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יא

פיזיקה מחקרית קבוצה איזורית – יא
2 בפברואר 2024 3 בפברואר 2024