Ελαστικό όριο

Το ελαστικό όριο είναι η μεγαλύτερη τάση ή δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας που μπορεί να συμβεί σε ένα στερεό υλικό πριν από τη μόνιμη παραμόρφωση. Το υλικό επιστρέφει στο αρχικό του μέγεθος και σχήμα όταν αφαιρεθούν οι δυνάμεις μέχρι το όριο ελαστικότητας. Όταν ένα υλικό καταπονείται πέρα ​​από το ελαστικό του όριο, υποχωρεί ή ρέει. Για τέτοια υλικά, το όριο ελαστικότητας σημαίνει τη μετάβαση από την ελαστική στην πλαστική συμπεριφορά. Οι τάσεις που υπερβαίνουν το όριο ελαστικότητας στα περισσότερα εύθραυστα υλικά έχουν ως αποτέλεσμα θραύση με μικρή ή καθόλου πλαστική παραμόρφωση.

Καταρχήν, το όριο ελαστικότητας διαφέρει από το αναλογικό όριο, το οποίο υποδηλώνει το τέλος του τύπου ελαστικού συμπεριφορά που περιγράφεται από το νόμο του Hooke, δηλαδή, εκείνη στην οποία η τάση είναι ανάλογη με την τάση (σχετική παραμόρφωση) ή, εναλλακτικά, εκείνη στην οποία το φορτίο είναι ανάλογο με τη μετατόπιση. Για ορισμένα ελαστικά υλικά, το όριο ελαστικότητας συμπίπτει χονδρικά με το αναλογικό όριο, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη διαφοροποίηση των δύο κατά καιρούς. Ωστόσο, για άλλα υλικά, μια ζώνη μη αναλογικής ελαστικότητας εμφανίζεται μεταξύ των δύο. Το αναλογικό όριο είναι το σημείο στο οποίο η γραμμική ελαστική συμπεριφορά σταματά.

Άγχος και καταπόνηση

Όταν ένα πράγμα παραμορφώνεται από μια εξωτερική δύναμη, δημιουργεί μια ίση και αντίθετη δύναμη αποκατάστασης μέσα του. Η πίεση ορίζεται ως η δύναμη διαιρούμενη με το εμβαδόν της μονάδας.

Stress =ForceArea

Το newton ανά τετραγωνικό μέτρο (N/m2) ή το pascal (Pa) είναι η μονάδα τάσης SI .

Οι διαστάσεις ενός τεντωμένου αντικειμένου ποικίλλουν. Η καταπόνηση υπολογίζεται διαιρώντας τις αλλαγές στη διάσταση με την αρχική διάσταση. Η παραμόρφωση κατηγοριοποιείται ως διαμήκης, διατμητική ή ογκομετρική τάση ανάλογα με τον τύπο της αλλαγής.

Μήκος καταπόνηση =Αλλαγή μήκους Αρχικό μήκος

Τάση διάτμησης → Αλλαγή στη μετατόπιση Αρχικού μήκους

Τάχωμα έντασης → Αλλαγή στον όγκο του αρχικού τόμου

Δεν υπάρχουν μονάδες ή τύπος διαστάσεων για την καταπόνηση.

Ελαστική και πλαστική παραμόρφωση

Όταν ένα αντικείμενο επανέρχεται στο αρχικό του σχήμα όταν αφαιρεθεί μια εξωτερική δύναμη, λέγεται ότι έχουν υποστεί ελαστική παραμόρφωση. Η ελαστική παραμόρφωση, από την άλλη πλευρά, εξελίσσεται σε πλαστική παραμόρφωση όταν η εξωτερική δύναμη είναι σημαντική. Η πλαστική παραμόρφωση, σε αντίθεση με την ελαστική παραμόρφωση, οδηγεί σε μόνιμη αλλαγή στις διαστάσεις του αντικειμένου.

 Σχέση στρες-καταπόνησης

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα γράφημα για να απεικονίσει τη σχέση μεταξύ στρες και καταπόνησης. Το παρακάτω γράφημα απεικονίζει μια τυπική αναπαράσταση της σχέσης τάσης-παραμόρφωσης ενός μετάλλου. Το γράφημα τάσης-παραμόρφωσης θα διαφέρει ανάλογα με το υλικό. Από αυτό το γράφημα μπορούν να εξαχθούν διάφορα συμπεράσματα:

• Η περιοχή Ο έως Α του γραφήματος είναι γραμμική. Ο νόμος του Χουκ ακολουθείται εδώ.

• Το γράφημα είναι μη γραμμικό από το σημείο Α στο σημείο Β, υποδεικνύοντας ότι η τάση δεν είναι πλέον ανάλογη με την καταπόνηση. Το μέταλλο, από την άλλη, επιστρέφει στο προηγούμενο σχήμα σε αυτό το σημείο.

• Το όριο ελαστικότητας, συχνά γνωστό ως σημείο διαρροής, βρίσκεται στο σημείο Β. Η αντοχή διαρροής του υλικού είναι η σχετική τάση σε αυτό το σημείο.

• Ακόμη κι αν υπάρχει μια μικρή αλλαγή στην πίεση, η καταπόνηση στο μέταλλο αυξάνεται γρήγορα στην περιοχή από Β έως Δ.

• Η περιοχή της ελαστικής παραμόρφωσης στο γράφημα είναι όπου παρατηρείται ο νόμος του Hooke.

• Ακόμα και αν αφαιρεθεί η δύναμη στο σημείο C, το μέταλλο εξακολουθεί να παραμορφώνεται και αυτή η παραμόρφωση είναι πλαστική.

• Η τελική αντοχή εφελκυσμού του υλικού αντιπροσωπεύεται από το σημείο D στο γράφημα. Ακόμη και αν ασκηθεί μόνο μια μικρή δύναμη πέρα ​​από αυτό το σημείο, το μέταλλο σπάει στο σημείο Ε.

• Το υλικό λέγεται ότι είναι εύθραυστο όταν η απόσταση μεταξύ των σημείων D και E είναι μικρή. Το υλικό λέγεται ότι είναι όλκιμο όταν ο χώρος μεταξύ αυτών των δύο θέσεων είναι σημαντικός.

Όριο αναλογικότητας

Η υψηλότερη δυναμική εφαρμοζόμενη τάση στην οποία η τάση και η παραμόρφωση είναι ευθέως ανάλογες είναι το όριο της αναλογικότητας. Το γράφημα τάσης-παραμόρφωσης είναι μια ευθεία γραμμή εντός του αναλογικού ορίου και ισχύει ο νόμος του Hooke.

Σημείο απόδοσης

Η πλαστική παραμόρφωση συμβαίνει όταν ένα υλικό καταπονείται πέρα ​​από το ελαστικό του όριο. Το σημείο διαρροής ενός υλικού είναι το σημείο στο οποίο μεταβαίνει από ελαστική σε πλαστική παραμόρφωση.

Διαφορά μεταξύ ελαστικού ορίου και αναλογικού ορίου

• Το όριο ελαστικότητας διαφέρει από το αναλογικό όριο στο ότι το όριο ελαστικότητας είναι η μέγιστη πίεση που μπορεί να δοθεί σε ένα υλικό χωρίς να παραμορφώνεται. Το αναλογικό όριο ενός υλικού ορίζεται ως το σημείο στο οποίο η τάση και η παραμόρφωση είναι άμεσα ανάλογες μεταξύ τους.

• Μια άλλη σημαντική διάκριση είναι ότι στο ελαστικό όριο, η τάση και η παραμόρφωση έχουν μια γραμμική σχέση, ενώ στο αναλογικό όριο, η σχέση μεταξύ της τάσης και της παραμόρφωσης δεν έχει σημασία.

Διαφορά μεταξύ ορίου ελαστικού και σημείου απόδοσης

Η κύρια διάκριση μεταξύ του ορίου ελαστικότητας και του σημείου διαρροής είναι ότι το σημείο διαρροής υποδηλώνει το τέλος του ελαστικότητα, ενώ το όριο ελαστικότητας υποδηλώνει την αρχή της ελαστικότητας. Το όριο ελαστικότητας ενός στερεού υλικού είναι η υψηλότερη τάση που μπορεί να ασκηθεί πριν το στερεό σώμα αρχίσει να παραμορφώνεται μόνιμα. Οι μηχανικοί επινόησαν το σημείο διαρροής για να προσδιορίσουν το σημείο μόνιμης παραμόρφωσης που ορίζεται από ρήξη δεσμού για μηχανικούς σκοπούς.

Διαφορά μεταξύ του αναλογικού ορίου και του σημείου απόδοσης

Το αναλογικό όριο, γνωστό και ως όριο αναλογικότητας, καθορίζει την άμεση σχέση μεταξύ τάσης και καταπόνησης. Ο νόμος του Hooke έχει ακολουθηθεί αυστηρά μέχρι αυτό το σημείο.

Ωστόσο, έρχεται ένα σημείο όπου η τάση παραμένει σταθερή ενώ η καταπόνηση συνεχίζει να επιμηκύνει το σύρμα και το σύρμα μπαίνει στην τέλεια πλαστική κατάσταση. Το σημείο απόδοσης είναι το σημείο όπου λαμβάνει χώρα αυτό το βήμα.

Πραγματικά παραδείγματα ελαστικού ορίου

1. Το καουτσούκ θεωρείται ένα από τα πιο εύκαμπτα υλικά.

2. Το γυαλί είναι πιο ελαστικό από τον χάλυβα και άλλα υλικά.

3. Ένα καρφί κάμπτεται μόνιμα όταν υποβάλλεται στη διατμητική τάση ενός χτυπήματος σφυριού, υποδεικνύοντας ότι έχει φτάσει στο όριο ελαστικότητας.

4. Ο χαλαζίας και ο χαλκός, καθώς και ο φώσφορος, είναι σχεδόν πλαστικά σώματα.

5. Τα σώματα του κεριού παραφίνης και της βρωμιάς θεωρούνται πλήρως πλαστικά.

Συμπέρασμα

Η ικανότητα ενός σώματος να επαναφέρει το προηγούμενο σχήμα του μετά την εξάλειψη μιας εξωτερικής δύναμης είναι γνωστή ως ελαστικότητα . Όλα τα σώματα, ωστόσο, έχουν ένα όριο ελαστικότητας εντός του οποίου μπορούν να διατηρήσουν το αρχικό τους σχήμα. Ο προσανατολισμός τους αλλάζει εάν ξεπεράσουν αυτό το όριο.

Σαν αποτέλεσμα, ορίζουμε το ελαστικό όριο ως το άνω όριο για τη δύναμη παραμόρφωσης πέρα ​​από την οποία το σώμα επιστρέφει στην αρχική του διαμόρφωση όταν απελευθερώνεται η δύναμη παραμόρφωσης και το τέντωμα πέρα ​​από αυτό το όριο μπορεί να τροποποιήσει μόνιμα το σχήμα του σώματος.

Το όριο ελαστικότητας ενός υλικού είναι η μεγαλύτερη τιμή δύναμης ή τάσης στην οποία αρχίζει να παρουσιάζει ελαστικότητα η ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ. Είναι το υψηλότερο όριο πριν παραμορφωθεί η πλαστική ουσία. Όταν ένα υλικό φτάσει στο όριο ελαστικότητας του, αρχίζει να παραμορφώνεται όταν ασκείται περισσότερη πίεση ή δύναμη σε αυτό. Όταν ασκείται πίεση σε εύθραυστα υλικά πέρα ​​από τους ελαστικούς περιορισμούς τους, η συνέπεια είναι ένα κάταγμα.

Σαν αποτέλεσμα, η αύξηση της δύναμης παραμόρφωσης προκαλεί το σώμα να χάσει την ευλυγισία του και να γίνει μόνιμα αμορφωμένο.