پدیده هیسترزیس قرن هاست که با ما بوده و مدت هاست مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است، دلیل آن این است که هیسترزیس فراگیر بوده، در بسیاری از زمینه های مختلف علمی با آن روبرو می شویم.نمونه هایی از آن عبارتند از:
هیسترزیس مغناطیسی ، هیسترزیس فروالکتریک ، هیسترزیس مکانیکی ، هیسترزیس ابررسانا ، هیسترزیس جذب ، هیسترزیس نوری ، هیسترزیس پرتو الکترونی ، هیسترزیس اقتصادی و غیره.
تعریف لغوی...
هیسترزیس، یک کلمه یونانی به معنای عقب ماندن است.
مکانیک مواد، مطالعه واکنش یک ماده به تنش فیزیکی است و فرض بر این است که به مطالعه چگونگی شکست مواد می پردازد.خصوصیات مکانیکی فرایندی است که دانشمندان با استفاده از آن می توانند پاسخ یک جسم را به عوامل تنش زا تعریف کنند این پاسخ باید مستقیماً با عملکرد مورد نظر از جسم مرتبط باشد.
درک بهتر...
به عنوان مثال ، مواد ساخت قایق های سنتی نیاز به کارایی ، چگالی نسبتاً کم و استحکام دارند. از نظر تاريخي، چوب از اين نقش به خوبي متناسب است زيرا با ابزارهاي تاریخی قابل اجراست، عموماً در آب شناور مي شود (چگالي كم) ، و براي دوام آوردن در برابر بارهايي كه در روی آن باقی می مانند به اندازه كافي قوي بود.
خصوصیات مکانیکی...
خصوصیات مکانیکی با انجام تست های مکانیکی کنترل شده روی یک جسم که در آن یا نیروی اعمال شده یا تغییر شکل کنترل می شود، حاصل می شود. نیرو و تغییر شکل می توانند از طریق یک معادله ریاضی یا یک سری معادلات ریاضی به یکدیگر مرتبط شوند.
هیسترزیس که اندازه آن با مساحت سطح زیر منحنی تنش-کرنش اندازه گیری می شود زمانی پدید می آید که نمونه بارگذاری شده و همزمان از نمونه باربرداری می شود.مقادیر خاص هیسترزیس نه تنها به بار اعمال شده بلکه به تمام بارهای اعمال شده قبلی و میزان استفاده از بار بستگی دارد.
در هنگام بارگذاری یک ماده اغلب اصطکاک داخلی را تجربه می کند زیرا مولکول ها آن در کنار یکدیگر می لغزند بنابراین ، منحنی تنش کرنش هنگام بارگذاری مساحت بیشتری را نسبت به زمان باربرداری در زیر منحنی نشان می دهد، زیرا آن ناحیه مرکزی نشان دهنده انرژی موجود در نمونه ناشی از تغییر شکل است و بخشی از آن به عنوان گرما خاموش می شود.
مفهوم هیسترزیس در علوم فیزیک...
هیسترزیس یک مفهوم در علوم فیزیکی است. در هیسترزیس خروجی یک سیستم نه تنها به ورودی آن بلکه به تاریخ ورودی های گذشته نیز بستگی دارد. در یک تعریف کلی، هیستِرِزیس (انگلیسی Hysteresis)عبارتست از وابستگیِ حالت (State) یک سیستم به گذشته‌اش.
هیسترزیس الاستیک یکی از اولین انواع هیسترزیس است که مورد بررسی قرار گرفت در هیسترزیس الاستیک به طور مثال لاستیک ، ناحیه مرکزی حلقه هیسترزیس، انرژی اتلاف شده ناشی از اصطکاک داخلی مواد را نشان می دهد.
این اثر را می توان با استفاده از یک باند لاستیکی با وزنه های چسبیده به آن نشان داد، اگر قسمت بالای یک باند لاستیکی روی قلاب آویزان شود و وزنه های کوچک به طور همزمان به قسمت پایین باند وصل شوند ، باند لاستیکی کش می یابد و طولانی تر می شود هرچه وزن بیشتری روی آن بارگذاری می شود باند همچنان به کشش ادامه می دهد زیرا نیرویی که وزنه ها روی گروه اعمال می کنند در حال افزایش است.
چرا از قانون هوک پیروی نمی کند...
وقتی هر وزنه برداشته شود یا اصطلاحا باربرداری شود باند با کاهش نیرو منقبض می شود یعنی کاهش طول می دهد همانطور که وزن ها برداشته میشود ، هر وزن که طول خاصی را زمان بارگذاری روی باند تولید کرده حالا انقباض آن کمتر می شود در نتیجه باربرداری آن کمی طولانی تر است دلیل این امر آن است که باند کاملاً از قانون هوک پیروی نمی کند حلقه هیسترزیس باند لاستیکی ایده آل در شکل نشان داده شده است.
از نظر نیرو کشیدن باند لاستیکی هنگام بارگذاری سخت تر از زمان باربرداری بود از نظر زمان ، وقتی باند باربرداری می شود اثر (طول) از علت (یعنی نیروی وزنه ها) عقب مانده است زیرا طول هنوز به مقداری که برای همان وزن در طول بارگذاری چرخه رسیده، نرسیده است از نظر انرژی ، انرژی بیشتری در طول بارگذاری نسبت به باربرداری مورد نیاز بود ، انرژی اضافی که به عنوان انرژی حرارتی از بین می رود.
هیسترزیس الاستیک بیشتر به زمانی اطلاق میشود بارگذاری و باربرداری سریع انجام می شود و نه آهسته.
بررسی انواع مواد...
برخی از مواد مانند فلزات سخت هیسترزیس الاستیک را تحت فشار متوسط نشان نمی دهند،در حالی که سایر مواد سخت مانند گرانیت و سنگ مرمر آن را نشان می دهند. موادی مانند لاستیک میزان بالایی از هیسترزیس الاستیک را نشان می دهد هنگامی که هیسترزیس ذاتی لاستیک اندازه گیری می شود را می توان در نظر گرفت که این ماده مانند گاز رفتار می کند هنگامی که یک باند لاستیکی کشیده می شود ، گرم می شود و اگر به طور ناگهانی آزاد شود ، بطور محسوس سرد می شود.
این اثرات مربوط به یک هیسترزیس بزرگ از تبادل حرارتی با محیط و یک هیسترزیس کوچکتر به دلیل اصطکاک داخلی درون لاستیک است. سیستم تعلیق وسایل نقلیه کوچک با استفاده از لاستیک (یا الاستومرهای دیگر) می تواند به عملکرد دوگانه فنر و میرایی دست یابد زیرا لاستیک برخلاف فنرهای فلزی ، هیسترزیس را نشان می دهد و تمام انرژی فشرده سازی جذب شده را در ریباند بر نمی گرداند.
علت اصلی مقاومت در چرخش...
علت اصلی مقاومت در برابر چرخش هنگام جابجایی جسم (مانند توپ ، تایر یا چرخ) بر روی سطح ، هیسترزیس است. این به خصوصیات ویسکوالاستیک مواد منتسب می شود.
برای تعیین رفتار اعضای سازه ای اعم از اتصال و غیره استفاده از بارگذاریهای سیکلیک و به دست آوردن منحنیهای هیسترزیس برای اعضا میباشد که در شکل زیر نمایش داده شده است. بارگذاریهای سیکلیک با توجه به ماهیتشان منحنی های رفتاری اعضاء، اعم از اتصال، را به صورت چرخه ای در آورده و در نتیجه اطلاعات مفیدی از جمله شکل پذیری، سختی اولیه، انرژی اتلاف شده توسط سیستم و ... به ما می دهند.
جمع بندی...
به طور کلی منحنی هیسترزیس به نمودار نیرو- تغییر مکان (ممان- انحنا و … ) پاسخ یک متریال، المان و یا سیستم سازه ای اطلاق می شود. بنابراین کاملا مرتبط با مشخصات رفتاری سیستم مورد مطالعه می باشد. البته در مواردی هم مثل سیستم های میراگر ویسکوز به نحوه بارگذاری نیز وابسته می باشد، اما به طور کلی برای المان های سازه ای متعارف (تیر، ستون، دیوار و...) کاملا وابسته به مشخصات رفتاری المان می باشد و تقریبا تاثیر زیادی از نحوه بارگذاری نمی پذیرد.
منابع
- https://en.wikipedia.org/wiki/Hysteresis
- دردایی جوقان، صادق . (1389) . بررسی منحنی های هیسترزیس اتصالات و تاثیر آن بر رفتار قاب های خمشی فولادی . پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه تربیت مدرس.
