منحنی تنش-کرنش

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

منحنی تنش-کرنش (به انگلیسی: Stress–strain curve) یکی از روش‌های نمایش گرافیکی ارتباط تنش با کرنش است که از بارگذاری اجسام و اندازه‌گیری تغییر شکل حاصل در آزمون کشش بدست می‌آید. شکل این منحنی از ماده‌ای به مادهٔ دیگر متفاوت است.

ما دو نوع منحنی تنش کرنش داریم:

1-منحنی تنش کرنش حقیقی یا واقعی

2-منحنی تنش کرنش مهندسی

منحنی تنش-کرنش مهندسی نمودار واقعی ویژگی‌ های تغییر شکل یک فلز نیست، زیرا بر مبنای ابعاد اولیه نمونه به‌ دست می آید ولی، این ابعاد حین آزمایش دائما تغییر می‌کند. همچنین فلز نرمی که در کشش، کشیده می‌ شود، ناپایدار شده و طی آزمایش گلویی می‌ شود.[۱]

 در منحنی تنش – کرنش حقیقی (true stress strain curve)، تنش حقیقی به‌ طور پیوسته تا ایجاد شکست زیاد می‌شود؛ زیرا تنش حقیقی بر حسب سطح مقطع واقعی نمونه محاسبه می شود. در این منحنی، مقدار کرنش نیز برحسب مقادیر لحظه‌ای محاسبه می شود.

رفتار مواد مختلف[ویرایش]

بر اساس شکل نمودار تنش-کرنش مهندسی، رفتار مواد را به ۵ دسته مختلف تقسیم می‌کنند:

رفتار الاستیک: نوع I[ویرایش]

Stress-strain glass.svg

رفتار نوع I نشانگر رفتار کاملاً کشسان است. در این حالت ماده هیچ‌گونه تغییر شکل پلاستیکی از خود نشان نمی‌دهد و کاملاً از قانون هوک تبعیت می‌کند.

در هنگام باربرداری نیز این مواد کاملاً به حالت اولیهٔ خود باز می‌گردند. این مواد بدون تغییرشکل پلاستیک، بصورت ترد می‌شکند. شیشه‌ها، سنگ‌ها، اکثر سرامیک‌ها و پلیمر‌های دارای پیوند عرضی زیاد رفتاری شبیه این نمودار دارند.

رفتار الاستیک-پلاستیک یکنواخت: نوع II[ویرایش]

نمودار تنش-کرنش مهندسی آلومینیوم
۱-استحکام نهایی
۲-استحکام تسلیم
۳-حد تناسب
۴-شکست
۵-کرنش قراردادی تسلیم

وقتی ماده‌ای امکان تغییر شکل پلاستیک داشته‌باشد، منحنی تنش-کرنش مهندسی آن به صورت روبرو خواهد بود. از آنجایی که این مواد نقطهٔ تسلیم مشخصی ندارند، از کرنش قرارداد تسلیم برای تعیین نقطهٔ تسلیم در آنها استفاده می‌شود. حد تسلیم تنشی در نظر گرفته می‌شود که کرنش مومسانی برابر با کرنش قراردادی تسلیم ایجاد کند.

قسمتی از منحنی تنش حقیقی-کرنش حقیقی این مواد را می‌توان را رابطهٔ زیر مرسوم به رابطهٔ هولمن[۲] توصیف کرد:

که در آن تنش حقیقی، کرنش مومسان حقیقی، n ضریب سخت شوندگی و K ثابت ماده است.

رفتار الاستیک-پلاستیک غیریکنواخت: نوع III[ویرایش]

Beispiel einfluss plc-effekt spannung uber dehnung.png

برخی از مواد نمودار تنش-کرنش دندانه‌دار دارند. این نوع نمودار نشان‌دهندهٔ تغییرات ساختاری ناهمگن در ماده است. ایجاد دوقلویی یا اثر پورتوین-لوشاتلیه ناشی از اتم‌های محلول یا برهم‌کنش تهیجایی‌ها با نابجایی‌ها می‌تواند باعث به وجود آمدن این نوع رفتار در مواد شود.

رفتار الاستیک-پلاستیک غیریکنواخت، پلاستیک یکنواخت: نوع IV[ویرایش]

منحنی تنش-کرنش مهندسی یک فولاد سازه‌ای معمولی
۱-استحکام نهایی
۲-استحکام تسلیم
۳-شکست
۴-ناحیه کار سختی
۵-ناحیه گلویی‌شدن

فولادها بطور معمول تا نقطهٔ تسلیم رفتار خطی از خود نشان می‌دهند. این ناحیه از نمودار، ناحیهٔ تغییرشکل الاستیک نامیده می‌شود. پس از تسلیم (تسلیم بالایی) تنش تا میزان تسلیم پایینی کاهش می‌یابد که به دلیل آزاد شدن قفل‌های لومر-کاترل و تشکیل نوارهای لودر است. سپس بعد از مقداری تغییر شکل در تنش ثابت به دلیل کار سختی دوباره تنش تا استحکام نهایی افزایش می‌یابد. پس از استحکام نهایی به علت گلویی شدن سطح مقطع نمونه کاهش یافته و تنش مهندسی کاهش می‌یابد. این فرآیند تا نقطهٔ شکست ادامه پیدا می‌کند.

رفتار الاستیک-پلاستیک غیریکنواخت، پلاستیک یکنواخت: نوع V[ویرایش]

A-B: ناحیه الاستیک
C: تسلیم
C-D: گردنی‌شدن
E: شکست

برخی از پلیمرهای بلورین هنگام تغییر شکل پلاستیک از خود چنین رفتاری نشان می‌دهند. در این حالت پس از تسلیم بالایی و افت نیرو، کشش سرد آغاز می‌شود که مانند نقطهٔ تسلیم پایینی در رفتار نوع IV است ولی این ناحیه وسیع‌تر بوده و در آن واحدهای ساختاری پلیمرها در برابر نیرو جهت‌گیری می‌کنند این فرآیند باعث افزایش استحکام پلیمر در برابر نیرو می‌شود.

پانویس‌ها[ویرایش]

  1. «بررسی منحنی تنش-کرنش مهندسی و تفاوت بین سختی و سفتی مواد در مقاومت مصالح». بازبینی‌شده در 2017-10-14. 
  2. J. H. Hollomon, Tensile Deformation, Trans. AIME, vol. 162 (1945), pp. 268-290

منابع[ویرایش]

  • Richard W. Hertzberg, Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials, John Wiley and Sons, Inc. 1996.
  • George E. Dieter, Mechanical Metallurgy, 3rd Edition, McGrawHill, 1976.