한 기사의 인장 응력 변형률 곡선 이해

인장력에 따른 재료의 변형 및 손상에 대한 특성은 재료역학에서 가장 기본적이고 중요한 개념인 인장응력-변형률 곡선으로 측정할 수 있으니 이해해 주시기 바랍니다.

곡선의 수평 좌표는 변형률이고 수직 좌표는 응력입니다. 곡선의 모양은 외력의 작용에 따라 재료에서 발생하는 다양한 변형 과정을 반영합니다.

★ 이란 T속박하다 S머릿단-S기차?

우리는 힘의 세 가지 요소가 크기, 방향 및 작용점이라는 것을 알고 있습니다. 그러나 작용점에는 치수가 없으며 단순히 힘의 위치를 ​​나타냅니다. 물체의 재료에는 치수가 있으며 물체 내의 다양한 지점에서 힘을 연구해야 할 때 σ로 표현되는 응력 개념을 도입해야 합니다.

인장 응력 공식: σ= dF/dA, 이는 재료 내부의 단위 면적당 응력을 나타냅니다. 평신도의 용어로 인장 응력은 외부 적에 대한 공통 방어 감각과 함께 물체가 외부 작용을 받을 때 물체 내부의 단위 면적당 저항입니다.

위와 같이 물체에 인장력이 가해지면 힘의 균형을 맞추기 위해 물체 내부의 단위면적당 재료에 힘의 일부가 가해집니다. 물체 내부의 면이 힘의 방향에 수직이고 재료가 균일할 때 평균 인장 응력이 가해집니다. 이 인장 응력 하에서 물체를 반사하는 변형을 변형이라고 합니다.

★ 응력-변형률 곡선의 XNUMX단계

아래 그림과 같이 응력-변형률 곡선은 일반적으로 탄성 영역, 유동 영역, 변형 경화 및 네킹 파괴의 XNUMX단계로 나뉩니다.

1 탄성 지방

형질: 응력이 σe 미만일 때 응력은 시편의 변형률에 비례하며 응력이 제거되고 변형이 사라집니다. 즉, 시편은 탄성 변형 단계에 있습니다. 하중이 점 'a'에 해당하는 값을 초과한 후 인장 곡선이 직선에서 벗어나기 시작합니다.

중요한 개념: σe는 재료의 탄성 한계이며 재료가 탄성적으로 변형된 상태를 유지하는 최대 응력을 나타냅니다. 탄성 단계에는 σ와 ε 사이에 선형 관계가 있는 특별한 선형 'oa' 세그먼트가 있습니다. 이것을 선형 탄성 위상이라고도 하는 비례 위상이라고 합니다. Hooke의 법칙을 만족합니다.

σ=E*ε

E는 재료의 탄성 계수라고 하며 일반적으로 강철의 경우 E = 200GPa입니다.
비례한계 σp는 응력과 변형률 사이의 Hooke의 법칙을 따르는 응력의 최대값입니다.

배송 시 요청 사항:
σ 및 ε은 응력 F/A <σp일 때만 Hooke의 법칙을 따릅니다.
σp<σ<σe의 경우 Hooke의 법칙은 더 이상 'ab' 섹션에 적용되지 않지만 여전히 탄성 변형입니다.
σp와 σe의 차이는 크지 않기 때문에 공학적으로는 구분이 되지 않습니다.

2 흐름 영역

형질: 응력이 σe를 특정 값으로 초과하면 응력과 변형률 간의 선형 관계가 깨지고 변형률이 크게 증가하는 반면 응력은 먼저 감소한 다음 미세하게 변동하며 작은 톱니 선분이 곡선의 수평선에 가깝게 나타납니다. 하중을 가하지 않으면 시편의 변형은 부분적으로만 회복되고 잔류 변형, 즉 소성 변형의 일부는 유지됩니다. 이는 재료의 변형이 탄성-소성 변형 단계에 진입함을 나타냅니다.

중요한 개념: σs는 재료의 항복강도 또는 항복점이라고 하며 소성의 중요한 지표입니다. 상당한 항복이 없는 재료의 경우 엔지니어링에서 0.2% 잔류 변형을 생성하는 응력 값이 항복 한계로 지정됩니다.

인장 시험에서, 만약 시편이 항복했다면, 즉 위 그림의 'bc' 부분은 하중이 더 이상 증가하지 않아도 시편이 계속 늘어나게 되어 인장곡선에 수평구간이 나타나게 되는데 이를 항복 또는 유동이라고 한다. 항복 현상은 금속의 결정이 미끄러지면서 발생합니다. 항복이 없는 재료의 경우 엔지니어링 규정에 따르면 0.2% 소성 변형에 해당하는 응력이 항복 강도로 사용되며 σ0.2로 기록됩니다.

3 변형 경화

형질: 응력이 σs를 초과하면 시편은 중요하고 균일한 소성 변형을 겪으며 시편의 변형률이 증가하려면 응력 값을 증가시켜야 합니다. 소성 변형이 증가함에 따라 소성 변형에 대한 저항이 증가하는 이러한 현상을 가공 경화 또는 변형 강화라고 합니다.

중요한 개념: 응력이 σb에 도달하면 시편의 균일한 변형 단계가 종료됩니다. 이 최대 응력 σb를 재료의 극한 강도 또는 인장 강도라고 하며, 이는 최대 균일 소성 변형에 대한 재료의 저항, 즉 인장 손상 전에 재료가 견딜 수 있는 최대 응력을 나타냅니다.

4 네킹 골절

형질: σb의 응력 값 이후, 시편은 불균일하게 변형되기 시작하여 수축 목을 형성하고 응력이 떨어지고 최종적으로 응력이 σf에 도달하면 시편이 파손됩니다.

중요한 개념: σf는 가소성에 대한 재료의 극한 저항을 나타내는 재료의 파괴 ​​강도입니다. 일반적으로 재료의 소성 특성 지표는 연신율과 면적 감소입니다.

신장: δ= (L1-L)/L * 100%
면적 감소: ψ= (A-A1)/A * 100%

L1: 떼어낸 후 시편의 길이
L: 시편의 원래 길이
A1: 파단 시 시편의 최소 단면적
A: 원래 단면적
δ와 ψ의 값이 클수록 가소성이 좋습니다.

★ 특성이 다른 재료에 대한 인장 응력-변형률 곡선

공학에서 파단 후 연신율이 5% 이상인 재료는 일반적으로 플라스틱 재료라고 하는 반면 파단 후 신율이 5% 미만인 재료는 취성 재료라고 합니다. 일반적으로 플라스틱 재료는 뚜렷한 항복 단계를 보이는 반면 인장 파괴는 네킹을 형성합니다. 대조적으로, 취성 재료는 인장 동안 명백한 항복 단계를 보이지 않으며 인장 파괴에서 네킹이 발생하지 않습니다.

플라스틱 소재: 매우 작은 탄성 영역.
연성 재료: 탄성 영역 뒤에 '넥킹'이 발생하는 이상한 부분이 있습니다. 이 소성 영역에서 영구적인 변형이 발생합니다.
연성이 아닌 강한 재료: 강선은 아주 조금 늘어나다가 갑자기 끊어집니다.
취성 소재: 이 소재는 높은 응력에도 변형이 적기 때문에 강합니다. 취성 재료의 파단은 소성 변형이 거의 또는 전혀 없이 갑자기 발생합니다. 유리는 취성 응력입니다.

플라스틱 및 취성 재료의 기계적 특성 비교

플라스틱 재질	취성 재료
신장: δ≥5%	신장: δ<5%
파단 전 큰 소성 변형	파단 전 변형이 거의 없음
압축 성능과 인장 성능은 유사합니다.	인장 성능보다 훨씬 뛰어난 압축 성능
단조 및 냉간 가공에 적합	기초 요소 또는 쉘에 적합
참고: 재료의 가소성 및 취성은 제조 방법 및 공정 조건의 변경으로 인해 변경될 수 있습니다.

 

인장 응력-변형률 곡선에 대한 모든 것입니다. 수행 방법을 알고 싶다면 인장 강도 시험은 여기를 참조하십시오.