Τι είναι η απόλυτη αντοχή σε εφελκυσμό;

Η τελική αντοχή εφελκυσμού ή απλά, η αντοχή σε εφελκυσμό, είναι το μέτρο της μέγιστης τάσης που μπορεί να αντέξει ένα αντικείμενο/υλικό/κατασκευή χωρίς να επιμηκυνθεί, να τεντωθεί ή να τραβήξει.

Τι είναι η τελική αντοχή εφελκυσμού;

Οι ιδιότητες εφελκυσμού ενός υλικού υποδεικνύουν πώς θα αντιδράσει στις δυνάμεις που ασκούνται σε αυτό σε τάση. Όπως μπορείτε να φανταστείτε, ορισμένα υλικά σπάνε όταν ασκείται μεγάλη δύναμη σε αυτά, ενώ άλλα επιμηκύνονται ή παραμορφώνονται σωματικά με κάποιον άλλο τρόπο. Τα υλικά που σπάνε πολύ έντονα λέγεται ότι υφίστανται μια «εύθραυστη αστοχία».

Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν ορισμένα υλικά που μπορούν να χειριστούν/αντέχουν μεγάλη καταπόνηση ενώ τραβιούνται ή τεντώνονται πριν σπάσουν. Ο όρος «τελική αντοχή σε εφελκυσμό» (ή UTS) χρησιμοποιείται για να αναφέρεται στη μέγιστη τάση που μπορεί να αντιμετωπίσει ένα υλικό πριν επιμηκυνθεί, τεντωθεί ή τραβηχτεί.

Δύο μέγγενες ασκούν τάση σε ένα δείγμα τραβώντας το, τεντώνοντας το δείγμα μέχρι να σπάσει. Η μέγιστη καταπόνηση που αντέχει πριν από τη θραύση είναι η απόλυτη αντοχή του σε εφελκυσμό.(Φωτογραφία:Kerina yin / Wikimedia Commons)

Η τελική αντοχή εφελκυσμού, η οποία συχνά συντομεύεται σε μόνο αντοχή εφελκυσμού (TS) ή τελική αντοχή, ποσοτικοποιεί τη δύναμη που απαιτείται για την έλξη ενός υλικού στο σημείο όπου σπάει.

Πώς συμπεριφέρονται τα όλκιμα υλικά όταν ασκείται πίεση

Πολλά υλικά παρουσιάζουν γραμμική ελαστική συμπεριφορά, που σημαίνει ότι παραμορφώνονται (προσωρινά) όταν ασκούνται δυνάμεις πάνω τους, αλλά επιστρέφουν στο αρχικό τους σχήμα όταν δεν ασκούνται πλέον δυνάμεις. Αυτή η ελαστική συμπεριφορά των υλικών εκτείνεται συνήθως σε ένα ορισμένο σημείο (που ονομάζεται «σημείο διαρροής»), μέχρι το οποίο όλες οι παραμορφώσεις είναι αναστρέψιμες κατά την αφαίρεση του φορτίου.

Πέρα από το σημείο διαρροής, οι παραμορφώσεις των όλκιμων υλικών (όπως ο χάλυβας) είναι «πλαστικές». Ένα πλαστικά παραμορφωμένο δείγμα δεν επιστρέφει πλήρως στο αρχικό του σχήμα και μέγεθος όταν αφαιρεθεί το φορτίο ή η τάση.

Δοκιμή εφελκυσμού

Ως εκ τούτου, η τελική αντοχή εφελκυσμού ή UTS χρησιμοποιείται για ποιοτικό έλεγχο (λόγω της ευκολίας δοκιμής του), για τον χονδρικό προσδιορισμό των τύπων υλικών για άγνωστα δείγματα.

Ο προσδιορισμός του UTS ενός δείγματος (δηλαδή μιας δοκιμής εφελκυσμού) είναι αρκετά απλός. Περιλαμβάνει τη χρήση ενός μικρού δείγματος με σταθερή επιφάνεια διατομής και στη συνέχεια το τράβηγμα του με ένα τενσόμετρο με σταθερό ρυθμό παραμόρφωσης μέχρι να σπάσει το δείγμα. Το υψηλότερο σημείο στην καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης (ανατρέξτε στο γράφημα που δίνεται παραπάνω) είναι η τελική αντοχή εφελκυσμού.

Δεδομένου ότι το UTS είναι μια εντατική ιδιότητα, η τιμή του είναι ανεξάρτητη από το μέγεθος του δείγματος δοκιμής. Ωστόσο, εξαρτάται από ορισμένους άλλους παράγοντες, όπως η θερμοκρασία του υλικού και το περιβάλλον δοκιμής, η παρουσία επιφανειακών ελαττωμάτων στο δοκίμιο, η προετοιμασία του δείγματος κ.λπ.

Δείγμα στρογγυλής ράβδου μετά από τεστ εφελκυσμού (Photo Credit :Sigmund / Wikimedia Commons)

Μονάδα απόλυτης αντοχής σε εφελκυσμό

Η αντοχή εφελκυσμού ορίζεται ως η μέτρηση της τάσης, η οποία, με τη σειρά της, μετράται ως δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας. Η μονάδα SI του UTS είναι Pascal ή Pa. Συνήθως εκφράζεται σε megaPascals, επομένως το UTS εκφράζεται συνήθως σε megaPascals (ή MPa). Στις ΗΠΑ, το UTS εκφράζεται συχνά σε λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα (ή psi).

Τελική αντοχή σε εφελκυσμό ορισμένων κοινών υλικών

Η απόλυτη αντοχή σε εφελκυσμό ενός υλικού είναι η μέγιστη αντοχή του στη θραύση. Όπως μπορείτε να φανταστείτε, η αντοχή σε εφελκυσμό ενός υλικού είναι μια κρίσιμη μέτρηση της ικανότητάς του να λειτουργεί σε μια εφαρμογή, γι' αυτό το UTS χρησιμοποιείται ευρέως κατά την περιγραφή των ιδιοτήτων των κραμάτων και των μετάλλων.

Παρακάτω δίνονται οι τιμές του UTS μερικών υλικών:

Όπως μπορείτε να δείτε στον πίνακα, το σκυρόδεμα (ένα «σκληρό» αντικείμενο) έχει χαμηλότερη τιμή UTS από το καουτσούκ, το μάρμαρο και ακόμη και το ανθρώπινο δέρμα. Το διαμάντι, αρκετά προβλέψιμα, εμφανίζεται κοντά στον πυθμένα, και το γραφένιο, ένα αλλοτρόπο άνθρακα, βρίσκεται στο κάτω μέρος με την υψηλότερη τιμή UTS (στον πίνακα).