Тонкая алюминиевая банка очень мягкая и податливая. Если надавить на неё изнутри, она легко согнётся. Однако, если свернуть её в цилиндр и сжать с той же силой, её будет трудно расплющить. Если же запечатать её до состояния полностью пустой алюминиевой банки, она выдержит даже вес взрослого человека, вроде меня. Что происходит?
Грузоподъемность объекта должна быть тесно связана с материалом. Один и тот же материал, тофу и сталь - это не одно и то же, поэтому мы должны знать, из какого материала сделаны банки. Ранние алюминиевые банки изготавливались из нержавеющей стали, которая была очень прочной, но немного тяжелой. Позже, с развитием технологий, алюминий постепенно стал основным материалом для банок. По сравнению с нержавеющей сталью, плотность алюминия составляет около 1/3 от плотности нержавеющей стали, поэтому оригинальные 60-граммовые банки из нержавеющей стали стали алюминиевыми банками весом 15-21 г. Вес значительно уменьшился, и этого также достаточно, чтобы выдерживать давление воздуха в банке. Сейчас все виды банок изготавливаются из чистого алюминия, за исключением белой жести на крышке банки.
Итак, насколько прочен чистый алюминий? Все студенты знают, что механические свойства алюминиевых сплавов можно улучшить путем легирования различными примесями, поэтому существует множество типов алюминиевых сплавов, и их механические свойства сильно различаются. Хотя чистый алюминий называется чистым алюминием, различные методы производства и обработки также будут иметь разные механические свойства. На рисунке показана кривая напряжения-деформации промышленного чистого алюминия 1060 при различных процессах термообработки. Вы можете проигнорировать эти 7 или 8 проходов, которые все являются методом обработки. Обратите внимание на самую высокую точку этой кривой, и вы увидите, что она составляет около 220 МПа. Хотя эти данные все еще немного отличаются от данных для обычной стали, общие характеристики уже близки.
В тонколистовом состоянии он совершенно не способен выдерживать большое давление, и возникают странные явления, называемые в механике «выпучиванием». Алюминиевая обшивка алюминиевая банка Он настолько тонок, что его толщина составляет около 0,3 мм, и после разворачивания становится плоским, при этом обе стороны находятся под давлением. Это отличается от растяжения с обеих сторон. Сжатие – нестабильная ситуация. При растяжении с обеих сторон, даже при наличии боковой силы, тонкий лист не меняет своего состояния и может легко автоматически восстановить равновесие. Подобно валуну на седле, даже если его оттолкнуть, он вернется в исходное положение под действием собственного веса. Однако при сжатии с обеих сторон любое незначительное боковое возмущение может нарушить первоначальное равновесие, и он не сможет автоматически его восстановить. Подобно валуну на вершине горы, он скатится вниз при малейшем возмущении и никогда не вернется на вершину. При сжатии, как только где-то появляется небольшой изгиб, он изгибается сильнее под действием давления. В этот момент соответствующая внешняя нагрузка далека от значения, соответствующего предельному напряжению 220 МПа. Следовательно, сжимающая способность тонкого листа очень мала.
Поскольку причина низкой сжимаемости тонкого листа кроется в его нестабильности, как повысить его устойчивость? Здесь следует упомянуть контейнеры. Подумайте: контейнеры укладываются слоями на причале, а их боковые стенки находятся под давлением, поэтому они также легко теряют устойчивость. Если внимательно посмотреть на боковую стенку контейнера, то можно заметить, что она не плоская, а имеет продольные складки. Именно эти складки увеличивают эквивалентную толщину боковой стенки, тем самым повышая её устойчивость к неустойчивости. Расположение банок по кругу также позволяет увеличить «эквивалентную» толщину. Фактически, это повышает её сопротивление изгибу, поскольку выпучивание – это эффект изгиба. Если верхнюю и нижнюю стенки снова запаять, образуя единое целое, это эквивалентно созданию дополнительных ограничений вблизи шва, так что только средняя часть легче сгибается, и несущая способность снова увеличивается.
