غلاف علبة الألومنيوم الرقيقة ناعمٌ جدًا. إذا ضغطت عليه من الداخل، سينثني بسهولة. ومع ذلك، إذا لففته على شكل أسطوانة وضغطت عليه بنفس القوة، يصعب تسويته. إذا أغلقته بإحكام لتكوين علبة ألومنيوم فارغة تمامًا، فإنه يتحمل وزن شخص بالغ مثلي. ما الذي يحدث؟
يجب أن ترتبط سعة حمل أي شيء ارتباطًا وثيقًا بالمادة. فالمادة نفسها، التوفو والفولاذ، ليستا متماثلتين، لذا يجب معرفة المادة التي تُصنع منها العلب. كانت علب الألومنيوم القديمة تُصنع من الفولاذ المقاوم للصدأ، الذي كان قويًا جدًا ولكنه ثقيل بعض الشيء. لاحقًا، ومع تقدم التكنولوجيا، أصبح الألومنيوم تدريجيًا المادة الرئيسية للعلب. بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ، تبلغ كثافة الألومنيوم حوالي ثلث كثافة الفولاذ المقاوم للصدأ، لذا أصبحت علب الفولاذ المقاوم للصدأ الأصلية التي تزن 60 غرامًا علب ألومنيوم تزن 15-21 غرامًا. انخفض الوزن بشكل كبير، وأصبح كافيًا لتحمل ضغط الهواء في العلبة. الآن، تُصنع جميع أنواع العلب من الألومنيوم النقي باستثناء الصفيح الموجود على غطاء العلبة.
إذن، ما مدى متانة الألومنيوم النقي؟ يعلم جميع الطلاب أن سبائك الألومنيوم يمكن تحسين خواصها الميكانيكية عن طريق التطعيم بمواد مختلفة، ولذلك هناك أنواع عديدة من سبائك الألومنيوم، وتختلف خصائصها الميكانيكية اختلافًا كبيرًا. على الرغم من أن الألومنيوم النقي يُسمى ألومنيوم نقيًا، إلا أن طرق الإنتاج والمعالجة المختلفة لها أيضًا خصائص ميكانيكية مختلفة. يوضح الشكل منحنى الإجهاد والانفعال للألومنيوم النقي الصناعي 1060 تحت عمليات معالجة حرارية مختلفة. يمكنك تجاهل هذه العمليات السبع أو الثماني، والتي تُعد جميعها طرق معالجة. يرجى الانتباه إلى أعلى نقطة في هذا المنحنى المختلف، ويمكنك أن ترى أنها حوالي 220 ميجا باسكال. على الرغم من أن هذه البيانات لا تزال مختلفة قليلاً عن الفولاذ العادي، إلا أن الأداء العام قريب بالفعل.
في حالتها الرقيقة، لا تتحمل ضغطًا كبيرًا على الإطلاق، وستحدث ظواهر غريبة تُسمى "الانبعاج" في الميكانيكا. غلاف الألمنيوم لـ علبة ألومنيوم رقيقة جدًا، حوالي 0.3 مم، وتصبح مستوية بعد الفتح، ويتعرض كلا الجانبين للضغط. هذا يختلف عن الشد على كلا الجانبين. الضغط هو حالة غير مستقرة. عند تطبيق الشد على كلا الجانبين، حتى في حالة وجود تداخل في القوة الجانبية، لن تنتج الصفيحة الرقيقة تغييرًا كبيرًا في حالتها ويمكنها إعادة التوازن تلقائيًا بسهولة. تمامًا مثل الصخرة في العمود، حتى لو تم دفعها بعيدًا، ستعود إلى موضعها الأصلي تحت تأثير وزنها. ومع ذلك، عند تطبيق الضغط على كلا الجانبين، يمكن لأي اضطراب جانبي طفيف أن يكسر التوازن الأصلي ولا يمكنها العثور على التوازن تلقائيًا. تمامًا مثل الصخرة على قمة الجبل، ستتدحرج إلى أسفل عند أدنى اضطراب ولن تعود أبدًا إلى قمة الجبل. تحت الضغط، بمجرد وجود انحناء طفيف في مكان ما، ستنحني بشدة أكبر تحت تأثير الضغط. في هذا الوقت، يكون الحمل الخارجي المقابل بعيدًا عن الوصول إلى قيمة الحمل المقابلة للإجهاد الأقصى البالغ 220 ميجا باسكال. لذلك، تكون سعة الضغط للصفيحة الرقيقة ضعيفة جدًا.
بما أن ضعف قدرة الضغط للصفائح الرقيقة ناتج عن عدم استقرارها، فكيف يمكن تحسين استقرارها؟ هنا يجب أن نذكر الحاويات. فكّر في الأمر، تُرص الحاويات طبقةً تلو الأخرى عند الرصيف، وألواحها الجانبية تحت ضغط، مما يُسهل فقدان استقرارها. إذا دققتَ النظر في اللوحة الجانبية للحاوية، ستجد أنها ليست مسطحة، بل بها بعض التجاعيد الطولية. هذه التجاعيد هي التي تزيد من السُمك المكافئ للوح الجانبي، مما يُحسّن قدرته على مقاومة عدم الاستقرار. كما أن وضع العلب بشكل دائري يُحقق هدف زيادة السُمك "المكافئ". في الواقع، يُحسّن ذلك من مقاومة الانحناء، لأن الانبعاج هو نتيجة الانحناء. إذا أُغلق الجانبان العلوي والسفلي مرة أخرى لتشكيل وحدة واحدة، فإن ذلك يُعادل وجود قيود إضافية بالقرب من الختم، مما يُسهّل ثني الجزء الأوسط فقط، ويُحسّن من قدرة تحمل الضغط.
