krzywa naprężenia

Krzywa naprężenia ilustruje, jaka jest współzależność naprężenia i wydłużenia materiału. Krzywa ta może mieć różny kształt w zależności od substancji, jej kształtu i warunków, w jakich poddawana jest naprężeniu, na przykład od temperatury. Można na tej krzywej wyróżnić pewne charakterystyczne strefy: * Odcinek prostoliniowy. Jest to zakres stosowania prawa Hooke’a. * (2) Granica sprężystości. Dla mniejszych naprężeń ciało powraca do pierwotnego kształtu po usunięciu naprężenia. Zakres sprężystości zawiera w sobie również zakres stosowalności prawa Hooke’a. * (4) Zakres plastyczności. W tym zakresie naprężeń, po ustaniu naprężenia pozostaje trwałe odkształcenie ciała. * (5) Obszar płynięcia kończący się punktem zerwania (3). Przy naprężeniach z tego zakresu materiał zaczyna zachowywać się jak ciecz i ulega dalszemu odkształcaniu nawet przy zmniejszeniu naprężenia ulegając w końcu zerwaniu. Poszczególne zakresy mogą mieć różny rozmiar dla różnego typów materiałów, co więcej, nie wszystkie muszą wystąpić w krzywej naprężenia. Równie ważną informacją dotyczącą materiału jest kształt ścieżki odciążenia czyli kształt krzywej jaka się tworzy kiedy po obciążeniu tylko do pewnej wartości zaczynamy zmniejszać obciążenie. Z punktu widzenia teorii wyróżnia się trzy możliwe, wyidealizowane zachowania: 1. * sprężyste – krzywa odciążenia pokrywa się z krzywą obciążenia czyli materiał wraca do swojego pierwotnego kształtu. 2. * plastyczne – krzywa odciążenia jest prostą, która przy braku obciążenia pozostawia w materiale trwałe odkształcenia plastyczne (por. wartość na Rys. 2). Cechą charakterystyczną typowego zachowania plastycznego jest nachylenie krzywej odciążenia w punkcie przecięcia osi identyczne z nachyleniem ścieżki obciążenia pierwotnego (krzywa odciążenia jest przesunięta względem krzywej obciążenia o wartość odkształcenia bez istotnej zmiany kąta nachylenia względem osi ). 3. * uszkodzenie (degradacja) materiału – odciążenie następuje po prostej zmierzającej do początku układu współrzędnych. Przy ponownym obciążeniu krzywa obciążenia różni się od początkowej gdyż w materiale wystąpiły wewnętrzne uszkodzenia i jest on mniej sztywny. Przy ponownym obciążeniu naprężenie rośnie liniowo dokładnie po prostej odciążenia aż do maksymalnego naprężenia, które osiągnięto w poprzednim procesie obciążenia. Oprócz tego występują kombinacje różnych zachowań: np. materiały sprężysto-plastyczne czy materiały plastyczne z degradacją. Kształt krzywej naprężenia (i odciążenia) jest podstawą klasyfikacji materiałów na * sprężyste w których po zdjęciu obciążenia materiał wraca do pierwotnego kształtu. Materiały sprężyste mogą wykazywać zakres liniowy, opisany prawem Hooke’a, kiedy wykres jest liniowy jak i zakres nieliniowy, gdzie zależność naprężenie-odkształcenie nie jest funkcją liniową ale przy odciążeniu materiał dalej wraca do stanu nienaprężonego. Określenie materiał sprężysty nie mówi w jaki sposób materiał się niszczy, mówi tylko, że posiada zakres sprężysty. Ponieważ większość materiałów taki zakres posiada więc określenie to oznacza w praktyce, że rozpatrujemy materiał w zakresie sprężystym. * plastyczne w których po zdjęciu obciążenia pozostają trwałe odkształcenia a materiał nie wraca do swojego pierwotnego kształtu. Formalnie należałoby rozróżnić materiały plastyczne i materiały sprężysto-plastyczne. Często określenie materiał plastyczny jest skrótowym określeniem dla materiału sprężysto-plastycznego. Wtedy, ponieważ materiał sprężysto-plastyczny posiada początkowy wyraźny odcinek sprężysty, więc w praktyce określenie to oznacza materiał, który przed zniszczeniem wykazuje wyraźne płynięcie plastyczne i zdolność do redystrybucji naprężeń w wyniku płynięcia plastycznego jest wykorzystywana w projektowaniu. * kruche w których po odcinku sprężystym następuje zniszczenie w wyniku dekohezjii. W praktyce oznacza materiał, który nie posiada cech plastycznych. Podział ten jest nieostry i są materiały, które trudno zaliczyć do którejś z tych grup. Przykładem może być polimer, którego krzywą naprężeń pokazuje rys. 2. Obszar sprężystości przechodzi tu płynnie w obszar plastyczności. Innym przykładem może być beton, który przy ściskaniu wykazuje własności plastyczne a przy rozciąganiu jest kruchy i wyraźnie się degraduje.