Przeczytaj
Warto przeczytać
Na skutek przyłożenia sił zewnętrznych ciała ulegają różnego typu odkształceniom. W zależności od sposobu przyłożenia tych sił, odkształcenie może mieć różnego rodzaju postać - na przykład rozciąganie, ściskanie, zginanie lub skręcanie. Najprostszym i najczęściej opisywanym sposobem odkształcania ciała jest rozciąganie (Rys. 1.). Rozciąganie również pojawia się w pewnych obszarach ciała poddanego innego typu odkształceniom.
Przebieg odkształcenia zależy od materiału, z którego jest wykonana próbka. Na Rys. 2. przedstawiona jest typowa zależność między odkształceniem a siłą odkształcającą dla rozciągania próbki wykonanej z metalu.
W zakresie od 0 do A ciało spełnia prawo Hooke’a - odkształcenie jest wprost proporcjonalne do wartości siły odkształcającej. Pomiędzy punktami A i B ciało odkształca się sprężyście, ale odkształcenie nie jest już wprost proporcjonalne do siły odkształcającej. Punkt B określa tzw. granicę plastyczności, czyli maksymalne obciążenie, przy którym ciało wraca do swej pierwotnej postaci po ustąpieniu obciążenia. Pomiędzy punktami B i C następuje „płynięcie” plastyczne materiału i wydłużenie wzrasta nawet pomimo braku wzrostu obciążenia. Po przekroczeniu granicy plastyczności, gdy zdejmiemy obciążenie, ciało nie wróci do pierwotnego kształtu – odkształca się trwale. Największe obciążenie, które ciało może wytrzymać przed zerwaniem, nazywa się granicą wytrzymałości – punkt D. Punkt E odpowiada największemu wydłużeniu, przy którym ciało jest rozerwane.
Odkształceniem sprężystym nazywa się odkształcenie ciała ustępujące po usunięciu siły, która je spowodowała. Na Rys. 2. odkształcenie sprężyste zachodzi między punktami 0‑B. W trakcie odkształcenia sprężystego, atomy odkształcanego ciała przemieszczają się na odległości nie większe, niż odległości między atomami w sieci krystalicznej. Można powiedzieć, że w czasie odkształcenia plastycznego następuje rozciąganie wiązań między atomami. Dzięki temu nie zmienia się istotnie ułożenie atomów względem siebie i po ustaniu siły odkształcającej atomy powracają łatwo do wyjściowego ułożenia. Do pewnej wartości siły, w zakresie odkształcenia sprężystego, odkształcenie jest wprost proporcjonalne do przyłożonej siły – materiał spełnia prawo Hooke’a (między punktami 0‑A na Rys. 2.).
Prawo to dla rozciągania próbki wyraża wzór:
Wielkość E nazywa się modułem Youngamodułem Younga i charakteryzuje ona sprężystość materiału.
Odkształcenia sprężyste nie występują w ciałach doskonale plastycznych, których przybliżeniem jest glina czy też plastelina.
Po przekroczeniu granicy plastyczności – punkt B na Rys. 2. - ciało zaczyna odkształcać się trwale. Na Rys. 2. narysowany jest wykres dla ciała odkształcającego się plastycznie z wyraźną granica plastyczności. Nie wszystkie materiały odkształcają się w ten sam sposób. Na Rys. 3. zestawione są podstawowe sposoby odkształcania się materiałów poddanych wydłużaniu.
Na osi pionowej (Rys. 3.) znajduje się stosunek wartości siły do pola przekroju poprzecznego próbki. Wielkość tę nazywa się naprężeniem. Na osi poziomej – wydłużenie względne, czyli stosunek wydłużenia do długości wyjściowej.
Wielkość RIndeks dolny mm nazywa się wytrzymałością materiału na rozerwanie – jest to maksymalna wartość naprężenia, które ciało jest w stanie wytrzymać przed rozerwaniem się. RIndeks dolny ee - jest to naprężenie określające wyraźną granicę plastyczności. RIndeks dolny 0,20,2 – naprężenie określające umowną granicę plastyczności, przy którym względne odkształcenie trwałe wynosi 0,2% .
Materiały kruche praktycznie nie wykazują plastyczności – po przekroczeniu określonej wartości naprężenia pękają. Takimi materiałami są tworzywa ceramiczne, kreda lub beton.
Materiałami, które odkształcają się plastycznie są metale i większość tworzyw sztucznych. Wyraźną granice plastyczności wykazują na przykład stale z niską zawartością węgla. Granicę umowną wyznacza się na przykład dla stali wysokowęglowych.
Podczas odkształcenia plastycznego atomy lub cząsteczki ciała przemieszczają się względem siebie na stałe – nie wracają do wyjściowych położeń po zdjęciu siły odkształcającej. Odkształcenie plastyczne w metalach zachodzi dzięki zdolności grup cząsteczek do przemieszczania się względem innych grup w objętości ciała bez zrywania wiązań międzycząsteczkowych. Ruch ten ułatwiają defekty struktury krystalicznej. W tworzywach sztucznych odkształcenie plastyczne może zachodzić także na skutek odkształcania się długich łańcuchów cząsteczek charakterystycznych dla tworzyw sztucznych i powolnego przesuwania się łańcuchów względem siebie – przy stałej sile odkształcenie rośnie z czasem.
Słowniczek
(ang.: Young's modulus) wielkość określająca sprężystość materiału przy rozciąganiu i ściskaniu. Wyraża ona, charakterystyczną dla danego materiału, zależność względnego odkształcenia liniowego materiału od naprężenia, jakie w nim występuje – w zakresie odkształceń sprężystych.