Καμπύλη στρες-καταπόνησης

Ελαστικότητα: 

Η ελαστικότητα ορίζεται ως η ικανότητα ενός παραμορφωμένου σώματος να επιστρέψει στην αυθεντική του μορφή όταν αφαιρεθούν οι δυνάμεις που προκαλούν την παραμόρφωση. Ένα σώμα με αυτό το δυναμικό δηλώνεται ότι συμπεριφέρεται ελαστικά και ονομάζεται ελαστικό σώμα.

Για παράδειγμα – Ίνα χαλαζία.

Πλαστικότητα:

Όταν η πίεση «αυξάνεται τακτικά» πέρα ​​από το όριο ελαστικότητας, το υλικό υφίσταται «πλαστική παραμόρφωση».

Για παράδειγμα – κερί παραφίνης

Νόμος του Χουκ:

Αυτός ο περίφημος νόμος της φυσικής δόθηκε από έναν γνωστό φυσικό Ρόμπερτ Χουκ. Η σχέση μεταξύ «στρες και καταπόνησης» φαίνεται από τον «Νόμο του Χουκ». Σύμφωνα με τη δήλωση του νόμου του Χουκ, «για μικρές παραμορφώσεις, η τάση δείχνει άμεση αναλογία με την καταπόνηση. Έτσι,

Στρες ∝ Καταπόνηση

Ή, Στρες =E × Στέλεχος

Όπου το Ε ορίζεται ως η σταθερά της αναλογικότητας και είναι γνωστό ως Μέτρο Ελαστικότητας.

Ο νόμος του Hooke για την καταπόνηση και την καταπόνηση ισχύει για όλο το υλικό. Είναι ένας εμπειρικός νόμος.

Καμπύλη στρες-καταπόνησης:

Η καμπύλη τάσης-καταπόνησης είναι ένας τύπος γραφήματος που απεικονίζεται μεταξύ «τάσης και καταπόνησης». Αυτό το γράφημα εξηγεί τη σχέση μεταξύ «τάσης και καταπόνησης» διαφορετικών υλικών όταν ασκείται τάση εφελκυσμού σε αυτά.

Αυτή η καμπύλη σχεδιάζεται με βάση ένα πειραματικό αποτέλεσμα. Σε αυτό το πείραμα, παίρνουμε έναν κύλινδρο ή σπάγκο και τον τεντώνουμε με ασκούμενη δύναμη ή τάση εφελκυσμού. Στη συνέχεια σημειώνουμε τη μεταβολή του μήκους (παραμόρφωση) αυτού του σώματος και την πίεση που ασκείται για να προκαλέσει τη μεταβολή του μήκους. Με τη βοήθεια αυτής της ανάγνωσης, σχεδιάζουμε ένα γράφημα παίρνοντας τάση κατά μήκος του άξονα x και τάση κατά μήκος του άξονα y.

Επεξήγηση του γραφήματος:

Η περιοχή O έως A – Στο παραπάνω γράφημα, μπορούμε να δούμε ότι η περιοχή Ο έως Α είναι ευθεία ή γραμμική. Αυτό σημαίνει ότι ο νόμος του Χουκ τηρείται σε αυτήν την περιοχή.

Η περιοχή Α έως Β- Στις περιοχές Α έως Β, η τάση που εφαρμόζεται και η παραγόμενη τάση δεν είναι ανάλογες μεταξύ τους. Μπορούμε λοιπόν να συμπεράνουμε ότι αν αφαιρεθεί η ασκούμενη δύναμη, το σώμα θα επιστρέψει στην αρχική του διάσταση.

Το σημείο B- Το σημείο Β στην καμπύλη είναι γνωστό ως το σημείο διαρροής ή το ελαστικό όριο της καμπύλης. Η τάση εφελκυσμού που αντιστοιχεί στο σημείο διαρροής ονομάζεται τάση διαρροής και συμβολίζεται με Sy. Επιπλέον, καθώς αυξάνουμε το φορτίο, η τάση αρχίζει να υπερβαίνει την τάση διαρροής. Αυτό σημαίνει ότι τώρα ακόμη και αν υπάρχει μια μικρή αλλαγή στο στρες, η καταπόνηση θα αυξηθεί γρήγορα.

Περιοχή Β έως Δ- Σε αυτή την περιοχή, η καταπόνηση αυξάνεται πολύ γρήγορα ακόμα κι αν αλλάξουμε την πίεση κατά ένα μικρό ποσό. Αν αποσύρουμε την ασκούμενη δύναμη στο σημείο Γ μεταξύ Β και Δ, το σώμα δεν θα επιστρέψει στην αρχική του διάσταση. Ως εκ τούτου, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι εάν η εφαρμοζόμενη τάση εφελκυσμού είναι μηδενική, η τάση δεν θα είναι ίση με μηδέν. Αυτή είναι μια παραμόρφωση που παράγεται στο σώμα και ονομάζουμε αυτή την παραμόρφωση πλαστική παραμόρφωση. Σε αυτό το σημείο, το υλικό λέγεται ότι έχει μόνιμο σύνολο.

Το σημείο D και E- Στο γράφημα, το «σημείο D» ονομάζεται «τελική αντοχή εφελκυσμού του υλικού». Πέρα από το σημείο D, παράγεται επιπλέον καταπόνηση στο υλικό. ακόμα κι αν μειωθεί η εφαρμοζόμενη αντοχή εφελκυσμού, εμφανίζεται θραύση. Το σημείο Ε ορίζεται ως σημείο θραύσης.

• Εάν η απόσταση μεταξύ του σημείου Ε και του σημείου Δ δεν είναι μεγάλη, τότε το υλικό ονομάζεται εύθραυστο υλικό.
• Εάν το σημείο Ε και το σημείο Δ απέχουν πολύ το ένα από το άλλο, τότε το υλικό είναι γνωστό ως όλκιμο υλικό.

Η καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης εξαρτάται από το υλικό και διαφέρει από υλικό σε υλικό. Για παράδειγμα, η καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης για όλκιμο υλικό είναι διαφορετική από την καμπύλη για το εύθραυστο υλικό.

Η καμπύλη που φαίνεται παραπάνω στο σχήμα είναι η καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης για ένα όλκιμο υλικό. Μερικά παραδείγματα όλκιμων υλικών είναι – κράματα χαλκού, αλουμινίου και μαγνησίου.

Ως εύθραυστο υλικό ορίζεται το υλικό που παρουσιάζει πολύ μικρή επιμήκυνση πριν φτάσει στο σημείο θραύσης.

Για παράδειγμα – χάλυβας υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα και σκυρόδεμα.

Η μόνιμη επιμήκυνση είναι μικρότερη από 10% στις καμπύλες τάσης-παραμόρφωσης για εύθραυστο υλικό.

Εξαίρεση

Το σχήμα που δίνεται παρακάτω αντιπροσωπεύει την καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης για τον ελαστικό ιστό που υπάρχει στην αορτή, η οποία βρίσκεται στην καρδιά. Σε αυτήν την καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης, η ελαστική περιοχή είναι πολύ μεγάλη, αλλά παρόλα αυτά δεν ακολουθεί το νόμο του Hooke. Επίσης, απουσιάζουν οι πλαστικές περιοχές. Τέτοιες εξαιρέσεις όπως ο ελαστικός ιστός στην αορτή και το πλαστικό καουτσούκ ονομάζονται ελαστομερή. Μπορούν να τεντωθούν για να προκαλέσουν μεγάλες καταπονήσεις.

Συμπέρασμα

Είναι ένα γράφημα που σχεδιάζεται με βάση ένα «πειραματικό αποτέλεσμα». Αυτό το γράφημα ή η καμπύλη εξηγεί τη σχέση μεταξύ των τάσεων εφελκυσμού που εφαρμόζονται σε ένα υλικό και της παραμόρφωσης. Αυξάνουμε σταδιακά την εφαρμοζόμενη εφελκυστική τάση και σημειώνουμε την αλλαγή στην παραμόρφωση, αντίστοιχα. Με τη βοήθεια αυτών των αναγνώσεων σχεδιάζουμε το γράφημα. Αυτό το γράφημα δεν είναι παρόμοιο για όλα τα υλικά. διαφέρει από το ένα υλικό στο άλλο. Οι καμπύλες τάσης-παραμόρφωσης μας βοηθούν επίσης να διαφοροποιήσουμε μεταξύ εύθραυστου και όλκιμου υλικού. Με τη βοήθεια της καμπύλης τάσης-παραμόρφωσης, μπορούμε εύκολα να αναγνωρίσουμε το υλικό που ακολουθεί το νόμο του Hooke.