U ovom blog postu ispitat ćemo osnovne koncepte "inženjerske krivulje naprezanja i deformacije", razliku između normalnog naprezanja i deformacije i stvarnog naprezanja i deformacije te svojstva materijala koja se mogu odrediti iz krivulje.
Odabir materijala za proizvodnju proizvoda u industrijskim okruženjima zahtijeva inženjersko znanje. Što bi se dogodilo ako bi se, na primjer, nosač dizajniran za držanje predmeta prelako slomio ili ako se opruga ne bi vratila u prvobitni oblik nakon istezanja zbog nedovoljne sile vraćanja, ostavljajući je trajno deformiranom? U takvim slučajevima moramo odmah analizirati uzrok i pronaći bolji materijal. To se može spriječiti odabirom materijala na temelju njihovog mehaničkog razumijevanja.
Najosnovniji aspekt razumijevanja mehanike bilo kojeg materijala je određivanje koliko sile može podnijeti. Kako bismo provjerili trajnost materijala, nakon njegove proizvodnje provodimo eksperimente primjene sile i utvrđivanja koliko može podnijeti, a zatim rezultate prikazujemo na grafu. Najjednostavniji način vizualizacije toga je pomoću krivulje naprezanja i deformacije.
Što su naprezanje i deformacija? Naprezanje se odnosi na silu primijenjenu po jedinici površine kada se sila primjenjuje na materijal, dok se deformacija odnosi na omjer "produžene duljine ÷ početne duljine" kada se materijal deformira pod djelovanjem primijenjene sile. U krivulji naprezanja i deformacije, x-os predstavlja deformaciju, a y-os predstavlja naprezanje. Crtanjem ovog grafa možemo odrediti kako se materijal deformira na temelju sile primijenjene po jedinici površine. Čak i za isti materijal, budući da se koristi u različite svrhe u različitim veličinama, krivulja naprezanja i deformacije rješava potrebu za crtanjem različitih grafova ovisno o veličini uzorka materijala korištenog u eksperimentima predstavljajući stupanj deformacije na temelju sile po jedinici površine.
Postoje dvije vrste krivulja naprezanja i deformacije. To su inženjerske krivulje naprezanja i deformacije i stvarne krivulje naprezanja i deformacije. Ove krivulje se koriste za izračun naprezanja i deformacije kako bi se analizirali podaci prikupljeni primjenom sile na materijal radi izazivanja deformacije. Međutim, kako se materijal deformira, površina na koju se sila primjenjuje (osnova za naprezanje) i izvorna duljina (osnova za deformaciju) kontinuirano se mijenjaju. Prava krivulja naprezanja i deformacije uključuje kontinuirano izračunavanje tih vrijednosti uz točno mjerenje stalno promjenjive površine poprečnog presjeka i izvorne duljine. Međutim, provođenje eksperimenta uz kontinuirano određivanje tih promjenjivih vrijednosti izuzetno je teško. Stoga se u mnogim slučajevima promjene zanemaruju, a naprezanje i deformacija izračunavaju se na temelju početne površine poprečnog presjeka i izvorne duljine; to se naziva inženjerska krivulja naprezanja i deformacije.
Sljedeći graf prikazuje tipičan oblik konvencionalne krivulje naprezanja i deformacije. Početni plavi linearni dio predstavlja područje elastične deformacije. Elastična deformacija odnosi se na deformaciju u kojoj se materijal vraća u prvobitno stanje nakon što se primijenjena sila ukloni. U ovom području, deformacija se javlja kada se sila primijeni, ali budući da veze između atoma ili molekula u materijalu ostaju netaknute, materijal se vraća u prvobitno stanje kada se primijenjena sila ukloni. Zakrivljeni dio koji slijedi plavu ravnu liniju predstavlja područje gdje se događa plastična deformacija. Plastična deformacija odnosi se na deformaciju u kojoj se, kada se sila primijeni i dođe do značajne deformacije, postojeće veze između atoma prekidaju i stvaraju se nove veze, tako da čak i ako se sila ukloni, materijal se ne vraća u početno stanje. Ako se sila primijeni do ove točke, dolazi do elastične i plastične deformacije, a ako se sila naknadno ukloni, materijal će se vratiti u prvobitno stanje samo u mjeri u kojoj je došlo do elastične deformacije.
Grafikon se povećava unutar krivulje, a zatim počinje opadati nakon što prođe određenu točku; ta točka gdje je naprezanje najveće naziva se krajnje vlačno naprezanje. Odnosi se na točku s najvećim naprezanjem, a nakon što se ta točka prijeđe, materijal prolazi kroz nepovratan proces deformacije i na kraju pukne kada dosegne točku označenu s "X". (Zamislite istezanje komada karamele: sredina počinje stanjivati prije nego što pukne.) Drugim riječima, krajnje vlačno naprezanje predstavlja maksimalno naprezanje koje materijal može podnijeti. Nadalje, crtanjem okomite crte od točke označene s "X" do x-osi i integriranjem površine ispod krivulje, možemo odrediti silu koju materijal može podnijeti prije pucanja. To se naziva žilavost. Osim toga, ispitivanjem standardne krivulje naprezanja i deformacije možete identificirati područja jednolike deformacije i nejednolike deformacije (područje gdje se deformacija događa u cijelom materijalu i područje gdje se deformacija događa u određenim područjima izloženim većem naprezanju zbog zareza ili drugih nedostataka) te dobiti podatke kao što je pomaknuto naprezanje popuštanja, koje označava granicu između elastične i plastične deformacije.
Ako razumijete krivulju naprezanja i deformacije, možete na prvi pogled shvatiti osnovna svojstva materijala i sukladno tome smanjiti pokušaje i pogreške kako biste odabrali pravi materijal prikladan za proizvod i njegovu proizvodnju. Na primjer, bakar se lako deformira čak i pod malim silama, ali se ne lomi lako; stoga se koristi u dijelovima poput žica koje zahtijevaju značajnu deformaciju, ali na koje ne utječe čvrstoća. Nasuprot tome, željezo ima nižu brzinu deformacije od bakra i ne lomi se lako, pa se koristi kao okvir za strukture koje zahtijevaju snažnu potporu. Prilikom istraživanja kako stvoriti materijal na temelju njegovih potrebnih svojstava, korištenje takvih podataka izuzetno je korisno jer vam omogućuje da brzo i jednostavno prepoznate koji aspekti materijala koji ste stvorili nedostaju i trebaju poboljšanje.
