Comprendi la curva di deformazione della tensione di trazione in un articolo

Le proprietà di un materiale in termini di deformazione e danneggiamento sotto le forze di trazione possono essere misurate dalla curva sforzo-deformazione di trazione, che è uno dei concetti più fondamentali e importanti nella meccanica dei materiali, vieni con me per capirlo.

La coordinata orizzontale della curva è la deformazione e la coordinata verticale è la sollecitazione. La forma della curva riflette i vari processi di deformazione che avvengono nel materiale sotto l'azione di forze esterne.

Che cos'è Tinsile Streccia-Streno?

Sappiamo tutti che i tre elementi della forza sono grandezza, direzione e punto di azione. Tuttavia, il punto di azione non ha dimensioni, rappresenta semplicemente la posizione della forza. Il materiale di un oggetto ha dimensioni e quando dobbiamo studiare le forze in vari punti all'interno di un oggetto, dobbiamo introdurre il concetto di stress, espresso come σ.

Formula della sollecitazione di trazione: σ= dF/dA, che rappresenta la sollecitazione per unità di area all'interno del materiale. In parole povere, lo stress da trazione è la resistenza per unità di area all'interno dell'oggetto quando l'oggetto è sottoposto ad un'azione esterna, con un senso di difesa comune contro i nemici esterni.

Come mostrato sopra, un oggetto è soggetto a una forza di trazione, quindi per bilanciare la forza, il materiale per unità di area all'interno dell'oggetto è sottoposto a una parte della forza. Quando un piano all'interno dell'oggetto è perpendicolare alla direzione della forza e il materiale è uniforme, viene applicata la sollecitazione di trazione media. Sotto questo sforzo di trazione, la deformazione che riflette l'oggetto è chiamata deformazione.

★ Quattro fasi della curva sforzo-deformazione

Come mostrato nel diagramma sottostante: la curva sforzo-deformazione è generalmente suddivisa in quattro fasi: la regione elastica, la regione di flusso, l'incrudimento e la frattura del collo.

1 elastico regione

caratteristiche: Quando la sollecitazione è inferiore a σe, la sollecitazione è proporzionale alla deformazione del provino, la sollecitazione viene rimossa e la deformazione scompare, ovvero il provino si trova nella fase di deformazione elastica. Dopo che il carico supera il valore corrispondente al punto 'a', la curva di trazione inizia a deviare dalla retta.

Concetto importante: σe è il limite elastico del materiale e rappresenta la massima sollecitazione alla quale il materiale rimane elasticamente deformato. Nella fase elastica esiste uno speciale segmento lineare 'oa' in cui esiste una relazione lineare tra e ε. Questa è chiamata fase proporzionale, nota anche come fase elastica lineare. Soddisfare la legge di Hooke.

=E*ε

E è chiamato modulo di elasticità del materiale, generalmente E = 200 GPa per l'acciaio.
Il limite proporzionale σp è il valore massimo della sollecitazione che obbedisce alla legge di Hooke tra sollecitazione e deformazione.

Note:
σ e ε obbediscono alla legge di Hooke solo quando lo stress F/A <σp.
Per σp<σ<σe, la legge di Hooke non vale più nella sezione 'ab', ma è ancora una deformazione elastica.
Poiché la differenza tra σp e σe non è significativa, in ingegneria non viene fatta alcuna distinzione.

2 Regione di flusso

caratteristiche: Quando la sollecitazione supera σe ad un certo valore, la relazione lineare tra sollecitazione e deformazione si interrompe e la deformazione aumenta significativamente, mentre la sollecitazione prima diminuisce e poi fluttua minuziosamente, con piccoli segmenti di linea a dente di sega che appaiono vicino alla linea orizzontale sulla curva. Se scaricato, la deformazione del provino viene recuperata solo parzialmente, pur conservando una parte della deformazione residua, cioè la deformazione plastica. Ciò indica che la deformazione del materiale entra nella fase di deformazione elasto-plastica.

Concetto importante: s è chiamato carico di snervamento o punto di snervamento di un materiale ed è un importante indicatore di plasticità. Per i materiali senza snervamento significativo, in ingegneria, il valore della sollecitazione che produce una deformazione residua dello 0.2% è specificato come limite di snervamento.

Nella prova di trazione, se il provino ha ceduto, ovvero la sezione 'bc' nel diagramma sopra, il provino continua ad allungarsi anche se il carico non aumenta più, e quindi appare un intervallo orizzontale nella curva di trazione, fenomeno noto come snervamento o flusso. Il fenomeno dello snervamento è causato dallo slittamento dei cristalli nel metallo. Per i materiali senza snervamento, le norme di ingegneria stabiliscono che la sollecitazione corrispondente allo 0.2% di deformazione plastica viene utilizzata come resistenza allo snervamento, registrata come σ0.2.

3 Incrudimento

caratteristiche: Quando la sollecitazione supera σs il provino subisce una deformazione plastica significativa ed uniforme, se si vuole aumentare la sollecitazione sul provino è necessario aumentare il valore di sollecitazione. Questo fenomeno di aumento della resistenza alla deformazione plastica all'aumentare della deformazione plastica è noto come incrudimento o rafforzamento della deformazione.

Concetto importante: La fase di deformazione uniforme di un provino termina quando la sollecitazione raggiunge σb. Questa massima sollecitazione σb è detta resistenza ultima o carico di rottura del materiale, che indica la resistenza del materiale alla massima deformazione plastica uniforme, ovvero la massima sollecitazione che il materiale può sopportare prima del danneggiamento per trazione.

4 Frattura del collo

caratteristiche: Dopo il valore di sollecitazione di σb, il provino inizia a deformarsi in modo non uniforme e forma un collo di ritiro, la sollecitazione diminuisce e infine il provino si rompe quando la sollecitazione raggiunge σf.

Concetto importante: σf è la resistenza alla frattura del materiale, che rappresenta la resistenza ultima del materiale alla plasticità. In generale, gli indicatori delle proprietà plastiche di un materiale sono l'allungamento e la riduzione dell'area.

Allungamento: δ= (L1-L)/L * 100%
Riduzione dell'area: ψ= (A-A1)/A * 100%

L1: lunghezza del provino dopo lo stacco
L: lunghezza originale del campione
A1: area minima della sezione trasversale del provino alla frattura
A: area della sezione trasversale originale
Maggiore è il valore di e ψ, migliore è la plasticità.

★ Curve tensione-deformazione per materiali con proprietà diverse

In ingegneria, i materiali con un allungamento di ≥5% dopo una rottura sono generalmente indicati come materiali plastici, mentre i materiali con un allungamento di <5% dopo una rottura sono indicati come materiali fragili. In generale, si può osservare che i materiali plastici hanno una fase di cedimento distinta, mentre la frattura per trazione forma colli. Al contrario, i materiali fragili non vedono un'evidente fase di snervamento durante lo stiramento e non si verifica strozzatura alla rottura per trazione.

Un materiale plastico: regione elastica molto piccola.
Un materiale duttile: dopo la regione elastica c'è una strana sezione in cui si verifica il "collo" - in questa regione plastica si verifica una deformazione permanente.
Un materiale resistente e non duttile: i fili di acciaio si allungano pochissimo e si rompono improvvisamente.
Un materiale fragile: questo materiale è anche resistente perché c'è poco sforzo per uno stress elevato. La frattura di un materiale fragile è improvvisa con poca o nessuna deformazione plastica. Il vetro è stress fragile.

Confronto delle proprietà meccaniche di materiali plastici e fragili

Materiale Plastica	Materiale fragile
Allungamento: δ≥5%	Allungamento: δ＜5%
Grande deformazione plastica prima della frattura	Deformazione molto ridotta prima della frattura
Le prestazioni di compressione e di trazione sono simili	Prestazioni di compressione molto maggiori delle prestazioni di trazione
Adatto per forgiatura e lavorazione a freddo	Adatto per elementi di fondazione o gusci
Nota: la plasticità e la fragilità del materiale possono essere alterate da cambiamenti nei metodi di produzione e nelle condizioni di processo.

 

Quindi questo è tutto quello che c'è da sapere sulla curva tensione-deformazione, se vuoi sapere come fare il prova di resistenza alla trazione, guarda qui.