Діагра́ма деформува́ння відображає залежність між напруженням і деформацією матеріалу. Може бути отримана в результаті механічних випробувань (для випадку розтягування — випробувань на розтягування). Крива діаграми може мати різну форму в залежності від виду матеріалу, його стану та умов, при яких відбувалось випробування (наприклад від температури).
Загальні поняття
Загальновідомо, що прикладене навантаження до зразка з досліджуваного матеріалу викликає появу у ньому деформації. Взаємозв'язок навантаження і деформації описуються так званою машинною діаграмою деформування. Спочатку деформація зразка (при розтягуванні — приріст довжини Δl) є пропорційною до навантаження P, що зростає. Далі у певній точці ця пропорційність порушується, однак для збільшення деформації необхідним є подальше зростання навантаження Р; при Δl>Δlв деформація розвивається при поступовому спаданні навантаження і завершується руйнуванням зразка.
Оцінювання опору матеріалу деформуванню механічними напруженнями, що характеризують навантаження, яке припадає на одиницю площі поперечного перерізу зразка є зручнішим і у більшій мірі універсальним.
Вид діаграми деформування не зміниться, якщо по осі ординат відкладати напруження
а по осі абсцис — відносне видовження
де A0 і l0 — відповідно початкова площа поперечного перерізу і розрахункова довжина зразка. Діаграма деформування, отримана таким способом, називається умовною діаграмою деформування, оскільки умовно вважається, що площа поперечного перерізу є сталою у процесі випробування.
На базі такої діаграми для металевих матеріалів визначають наступні механічні характеристики.
Для крихких матеріалів руйнування (границя міцності) досягається раніше від інших границь, тому перші три поняття з чотирьох приведених вище для крихких матеріалів втрачають зміст.
У конструкційних неметалевих матеріалів (пластмаси, гуми) прикладене навантаження може викликати пружну, високоеластичну і залишкову деформації. На відміну від пружної, високоеластична деформація зникає не зразу після розвантаження, а протягом певного часу.
Характерні точки та ділянки діаграми
Діаграма розтягування має низку характерних ділянок (див. рис.1 та 2).
Від початку навантажування до певного значення напружень має місце прямо пропорційна залежність між напруженням та деформацією. На цій стадії розтягування справедливий закон Гука.
Далі ця лінійна залежність втрачається і межа має назву границя пропорційності. Отже, границею пропорційності називається найбільше умовне напруження, за якого з обумовленим відхиленням зберігається лінійна залежність між напруженнями і деформаціями у зразку (точка 2 рис.1).
При подальшому збільшенні навантаження, у матеріалі з'являються залишкові деформації, що не зникають після розвантаження. Найбільше напруження, до якого залишкова деформація не виявляється, називається границею пружності (точка 3 рис.1).
Для випадку конструкційних сталей границя плинності відповідає площинці плинності діаграми деформування матеріалу. Подальше збільшення навантаження приводить до появи горизонтальної площинки плинності на діаграмі деформування (точка 2 на рис.2). Такий процес деформації називають плинністю матеріалу, що супроводжується залишковим подовженням при постійному навантаженні (напруженні), яке не зникає після розвантаження. Отже, границею плинності (англ. Yield Strength) σТ зветься найменше напруження, при якому деформація зразка відбувається при постійному розтягувальному напруженні. У випадку, якщо така площинка плинності відсутня, замість σт використовується напруження σ0,2 (читається: сигма нуль-два), яке відповідає напруженню, при якому залишкова відносна деформація у матеріалі (пластична деформація) складає на довжині випробовуваного зразка (точка 4 на рис.1).
Початок пластичної деформації відповідає настанню деякого критичного стану, який можна виявити не тільки за появою залишкових деформацій, але і за підвищенням температури, зміною електропровідності та магнітних властивостей при цьому. Після стадії текучості матеріал знову набуває здатності збільшувати опір (зона деформаційного зміцнення англ. Strain Hardening) до деякої границі. Напруження, що відповідає максимальному опору матеріалу має назву тимчасовий опір або границя міцності (англ. Ultimate Strength) і позначається σв (точка 1 на рис.2).
Подальше деформування матеріалу відбувається катастрофічно і супроводжується локалізацією деформації (поява шийки) та пов'язаним з цим частковим розвантаженням. Ця зона діаграми має назву «область знеміцнення» (англ. Necking region) (поз.5 на рис.2) і закінчується руйнуванням (точка 3 на рис.2).
Слід зауважити, що така форма діаграми (діаграма A на рис.2) має місце, коли оперувати умовними напруженнями (обчислюються відношенням зусилля до початкової площі зразка). У випадку коли розраховувати напруження по реальній площі (істинні напруження), котра у випадку розтягу зменшується, то буде отримано діаграму в істинних напруженнях (діаграма B, на рис.2) і характерного екстремуму, що відповідає границі міцності не спостерігається.
Наведені вище закономірності характерні для пластичних матеріалів. У випадку крихких матеріалів (наприклад, скла) діаграма деформування по деформаціях є значно коротшою і, слід відзначити, що руйнування настає без прояву пластичності (рис.3).
Див. також
Примітки
- ДСТУ 2825-94
Джерела
- ДСТУ 2825-94 Розрахунки та випробування на міцність. Терміни та визначення основних понять.
- ДСТУ EN 10002-1:2006 Металеві матеріали. Випробування на розтяг. Частина 1. Метод випробування при кімнатній температурі (EN 10002-1:2001, IDT).
- ДСТУ EN 10002-5:2006 Матеріали металеві. Випробування на розтяг. Частина 5. Метод випробування за підвищених температур (EN 10002-5:1991, IDT).
- ГОСТ 1497-84 (ИСО 6892-84) Металлы. Методы испытаний на растяжение.
- Опір матеріалів. Підручник /Г. С. Писаренко, О. Л. Квітка, Е. С. Уманський. За ред. Г. С. Писаренка — К.: Вища школа,1993. — 655 с.
- Опір матеріалів: Навч. посіб. для студентів ВНЗ. Рекомендовано МОН / Шваб'юк В. І. — К., 2009. — 380 с.
Посилання
Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Діаграма деформування |
- Stress-strain diagram [ 11 квітня 2010 у Wayback Machine.]
- Engineering Stress-strain Curve [ 21 жовтня 2008 у Wayback Machine.]
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Diagra ma deformuva nnya vidobrazhaye zalezhnist mizh napruzhennyam i deformaciyeyu materialu Mozhe buti otrimana v rezultati mehanichnih viprobuvan dlya vipadku roztyaguvannya viprobuvan na roztyaguvannya Kriva diagrami mozhe mati riznu formu v zalezhnosti vid vidu materialu jogo stanu ta umov pri yakih vidbuvalos viprobuvannya napriklad vid temperaturi Ris 1 Diagrama deformuvannya pochatkova dilyanka metalevogo materialu Napruzhennya s displaystyle sigma pokazano u funkciyi vid deformaciyi ϵ displaystyle epsilon 1 Granicya istinnoyi pruzhnosti 2 Granicya proporcijnosti 3 Granicya pruzhnosti 4 Granicya plinnosti umovna s0 2 Ris 2 Diagrama roztyagu konstrukcijnoyi stali 1 Granicya micnosti 2 Granicya plinnosti 3 Rujnuvannya 4 Oblast deformacijnogo zmicnennya 5 Oblast A Umovne napruzhennya F A0 B Istinne napruzhennya F A Ris 3 Kriva deformuvannya krihkogo materialuZagalni ponyattyaZagalnovidomo sho prikladene navantazhennya do zrazka z doslidzhuvanogo materialu viklikaye poyavu u nomu deformaciyi Vzayemozv yazok navantazhennya i deformaciyi opisuyutsya tak zvanoyu mashinnoyu diagramoyu deformuvannya Spochatku deformaciya zrazka pri roztyaguvanni pririst dovzhini Dl ye proporcijnoyu do navantazhennya P sho zrostaye Dali u pevnij tochci cya proporcijnist porushuyetsya odnak dlya zbilshennya deformaciyi neobhidnim ye podalshe zrostannya navantazhennya R pri Dl gt Dlv deformaciya rozvivayetsya pri postupovomu spadanni navantazhennya i zavershuyetsya rujnuvannyam zrazka Ocinyuvannya oporu materialu deformuvannyu mehanichnimi napruzhennyami sho harakterizuyut navantazhennya yake pripadaye na odinicyu ploshi poperechnogo pererizu zrazka ye zruchnishim i u bilshij miri universalnim Vid diagrami deformuvannya ne zminitsya yaksho po osi ordinat vidkladati napruzhennya s P A 0 displaystyle sigma frac P A 0 a po osi abscis vidnosne vidovzhennya e D l l 0 100 displaystyle varepsilon frac Delta l l 0 cdot 100 de A0 i l0 vidpovidno pochatkova plosha poperechnogo pererizu i rozrahunkova dovzhina zrazka Diagrama deformuvannya otrimana takim sposobom nazivayetsya umovnoyu diagramoyu deformuvannya oskilki umovno vvazhayetsya sho plosha poperechnogo pererizu ye staloyu u procesi viprobuvannya Na bazi takoyi diagrami dlya metalevih materialiv viznachayut nastupni mehanichni harakteristiki granicyu proporcijnosti granicyu plinnosti granicyu pruzhnosti granicyu micnosti Dlya krihkih materialiv rujnuvannya granicya micnosti dosyagayetsya ranishe vid inshih granic tomu pershi tri ponyattya z chotiroh privedenih vishe dlya krihkih materialiv vtrachayut zmist U konstrukcijnih nemetalevih materialiv plastmasi gumi prikladene navantazhennya mozhe viklikati pruzhnu visokoelastichnu i zalishkovu deformaciyi Na vidminu vid pruzhnoyi visokoelastichna deformaciya znikaye ne zrazu pislya rozvantazhennya a protyagom pevnogo chasu Harakterni tochki ta dilyanki diagramiDiagrama roztyaguvannya maye nizku harakternih dilyanok div ris 1 ta 2 Vid pochatku navantazhuvannya do pevnogo znachennya napruzhen maye misce pryamo proporcijna zalezhnist mizh napruzhennyam ta deformaciyeyu Na cij stadiyi roztyaguvannya spravedlivij zakon Guka Dali cya linijna zalezhnist vtrachayetsya i mezha maye nazvu granicya proporcijnosti Otzhe graniceyu proporcijnosti nazivayetsya najbilshe umovne napruzhennya za yakogo z obumovlenim vidhilennyam zberigayetsya linijna zalezhnist mizh napruzhennyami i deformaciyami u zrazku tochka 2 ris 1 Pri podalshomu zbilshenni navantazhennya u materiali z yavlyayutsya zalishkovi deformaciyi sho ne znikayut pislya rozvantazhennya Najbilshe napruzhennya do yakogo zalishkova deformaciya ne viyavlyayetsya nazivayetsya graniceyu pruzhnosti tochka 3 ris 1 Dlya vipadku konstrukcijnih stalej granicya plinnosti vidpovidaye ploshinci plinnosti diagrami deformuvannya materialu Podalshe zbilshennya navantazhennya privodit do poyavi gorizontalnoyi ploshinki plinnosti na diagrami deformuvannya tochka 2 na ris 2 Takij proces deformaciyi nazivayut plinnistyu materialu sho suprovodzhuyetsya zalishkovim podovzhennyam pri postijnomu navantazhenni napruzhenni yake ne znikaye pislya rozvantazhennya Otzhe graniceyu plinnosti angl Yield Strength sT zvetsya najmenshe napruzhennya pri yakomu deformaciya zrazka vidbuvayetsya pri postijnomu roztyaguvalnomu napruzhenni U vipadku yaksho taka ploshinka plinnosti vidsutnya zamist st vikoristovuyetsya napruzhennya s0 2 chitayetsya sigma nul dva yake vidpovidaye napruzhennyu pri yakomu zalishkova vidnosna deformaciya u materiali plastichna deformaciya skladaye ϵ 0 2 displaystyle epsilon 0 2 na dovzhini viprobovuvanogo zrazka tochka 4 na ris 1 Pochatok plastichnoyi deformaciyi vidpovidaye nastannyu deyakogo kritichnogo stanu yakij mozhna viyaviti ne tilki za poyavoyu zalishkovih deformacij ale i za pidvishennyam temperaturi zminoyu elektroprovidnosti ta magnitnih vlastivostej pri comu Pislya stadiyi tekuchosti material znovu nabuvaye zdatnosti zbilshuvati opir zona deformacijnogo zmicnennya angl Strain Hardening do deyakoyi granici Napruzhennya sho vidpovidaye maksimalnomu oporu materialu maye nazvu timchasovij opir abo granicya micnosti angl Ultimate Strength i poznachayetsya sv tochka 1 na ris 2 Podalshe deformuvannya materialu vidbuvayetsya katastrofichno i suprovodzhuyetsya lokalizaciyeyu deformaciyi poyava shijki ta pov yazanim z cim chastkovim rozvantazhennyam Cya zona diagrami maye nazvu oblast znemicnennya angl Necking region poz 5 na ris 2 i zakinchuyetsya rujnuvannyam tochka 3 na ris 2 Slid zauvazhiti sho taka forma diagrami diagrama A na ris 2 maye misce koli operuvati umovnimi napruzhennyami obchislyuyutsya vidnoshennyam zusillya do pochatkovoyi ploshi zrazka U vipadku koli rozrahovuvati napruzhennya po realnij ploshi istinni napruzhennya kotra u vipadku roztyagu zmenshuyetsya to bude otrimano diagramu v istinnih napruzhennyah diagrama B na ris 2 i harakternogo ekstremumu sho vidpovidaye granici micnosti ne sposterigayetsya Navedeni vishe zakonomirnosti harakterni dlya plastichnih materialiv U vipadku krihkih materialiv napriklad skla diagrama deformuvannya po deformaciyah ye znachno korotshoyu i slid vidznachiti sho rujnuvannya nastaye bez proyavu plastichnosti ris 3 Div takozhNapruzhennya Deformaciya Pruzhnist Plastichnist MicnistPrimitkiDSTU 2825 94DzherelaDSTU 2825 94 Rozrahunki ta viprobuvannya na micnist Termini ta viznachennya osnovnih ponyat DSTU EN 10002 1 2006 Metalevi materiali Viprobuvannya na roztyag Chastina 1 Metod viprobuvannya pri kimnatnij temperaturi EN 10002 1 2001 IDT DSTU EN 10002 5 2006 Materiali metalevi Viprobuvannya na roztyag Chastina 5 Metod viprobuvannya za pidvishenih temperatur EN 10002 5 1991 IDT GOST 1497 84 ISO 6892 84 Metally Metody ispytanij na rastyazhenie Opir materialiv Pidruchnik G S Pisarenko O L Kvitka E S Umanskij Za red G S Pisarenka K Visha shkola 1993 655 s ISBN 5 11 004083 4 Opir materialiv Navch posib dlya studentiv VNZ Rekomendovano MON Shvab yuk V I K 2009 380 s PosilannyaVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Diagrama deformuvannya Stress strain diagram 11 kvitnya 2010 u Wayback Machine Engineering Stress strain Curve 21 zhovtnya 2008 u Wayback Machine