Compreenda a curva de tensão de tensão de tração em um artigo

As propriedades de um material em termos de deformação e danos sob forças de tração podem ser medidas pela curva tensão-deformação de tração, que é um dos conceitos mais fundamentais e importantes na mecânica dos materiais, venha comigo para entendê-lo.

A coordenada horizontal da curva é a deformação e a coordenada vertical é a tensão. A forma da curva reflete os diversos processos de deformação que ocorrem no material sob a ação de forças externas.

★ O que é Tensilar StrançaStrem?

Todos nós sabemos que os três elementos da força são magnitude, direção e ponto de ação. No entanto, o ponto de ação não tem dimensões, ele simplesmente representa a localização da força. O material de um objeto tem dimensões e quando precisamos estudar as forças em vários pontos dentro de um objeto, precisamos introduzir o conceito de tensão, expressa como σ.

Fórmula de tensão de tração: σ = dF / dA, que representa a tensão por unidade de área dentro do material. Em termos leigos, o estresse de tração é a resistência por unidade de área dentro do objeto quando o objeto é submetido à ação externa, com um senso de defesa comum contra inimigos externos.

Conforme mostrado acima, um objeto é submetido a uma força de tração, então, para equilibrar a força, o material por unidade de área dentro do objeto é submetido a uma parte da força. Quando um plano dentro do objeto é perpendicular à direção da força e o material é uniforme, a tensão de tração média é aplicada. Sob essa tensão de tração, a deformação que reflete o objeto é chamada de deformação.

★ Quatro Estágios da Curva Stress-Strain

Conforme mostrado no diagrama abaixo: a curva tensão-deformação é geralmente dividida em quatro estágios: a região elástica, a região de fluxo, o endurecimento por deformação e a fratura de estrangulamento.

Elástico de 1 região

Características: Quando a tensão está abaixo de σe, a tensão é proporcional à deformação da amostra, a tensão é removida e a deformação desaparece, ou seja, a amostra está na fase de deformação elástica. Após a carga exceder o valor correspondente ao ponto 'a', a curva de tração começa a se desviar da linha reta.

Conceito importante: σe é o limite elástico do material e representa a tensão máxima na qual o material permanece elasticamente deformado. Na fase elástica existe um segmento linear especial 'oa' no qual existe uma relação linear entre σ e ε. Isso é chamado de fase proporcional, também conhecida como fase elástica linear. Satisfazendo a lei de Hooke.

σ = E * ε

E é chamado de módulo de elasticidade do material, geralmente E = 200 GPa para aço.
O limite proporcional σp é o valor máximo de tensão que obedece à lei de Hooke entre tensão e deformação.

Observações:
σ e ε obedecem à lei de Hooke somente quando a tensão F / A <σp.
Para σp <σ <σe, a lei de Hooke não é mais válida na seção 'ab', mas ainda é uma deformação elástica.
Como a diferença entre σp e σe não é significativa, nenhuma distinção é feita na engenharia.

2 região de fluxo

Características: Quando a tensão excede σe a um determinado valor, a relação linear entre a tensão e a deformação é quebrada e a deformação aumenta significativamente, enquanto a tensão primeiro diminui e depois flutua minuciosamente, com pequenos segmentos de linha em dente de serra aparecendo perto da linha horizontal na curva. Se descarregado, a deformação da amostra é apenas parcialmente recuperada, enquanto retém uma parte da deformação residual, ou seja, deformação plástica. Isso indica que a deformação do material entra na fase de deformação elasto-plástica.

Conceito importante: σs é chamado de resistência ao escoamento ou ponto de escoamento de um material e é um importante indicador de plasticidade. Para materiais sem escoamento significativo, em engenharia, o valor da tensão que produz 0.2% de deformação residual é especificado como seu limite de escoamento.

Em teste de tração, se a amostra cedeu, isto é, seção 'bc' no diagrama acima, a amostra continua a se alongar mesmo que a carga não aumente mais e, portanto, um intervalo horizontal aparece na curva de tração, um fenômeno conhecido como escoamento ou escoamento. O fenômeno de escoamento é causado pelo deslizamento de cristais no metal. Para materiais sem escoamento, os regulamentos de engenharia afirmam que a tensão correspondente a 0.2% de deformação plástica é usada como o limite de escoamento, registrado como σ0.2.

3 Endurecimento por tensão

Características: Quando a tensão excede σs, a amostra sofre deformação plástica significativa e uniforme; se a deformação na amostra aumentar, o valor da tensão deve ser aumentado. Este fenômeno de aumento da resistência à deformação plástica com o aumento da deformação plástica é conhecido como endurecimento por trabalho ou reforço de deformação.

Conceito importante: A fase de deformação uniforme de um corpo de prova termina quando a tensão atinge σb. Essa tensão máxima σb é chamada de resistência final ou resistência à tração do material, que indica a resistência do material à deformação plástica uniforme máxima, ou seja, a tensão máxima que o material pode suportar antes do dano por tração.

4 Fratura de estreitamento

Características: Após o valor de tensão de σb, a amostra começa a se deformar de forma irregular e formar um pescoço de contração, a tensão cai e, finalmente, a amostra fratura quando a tensão atinge σf.

Conceito importante: σf é a resistência à fratura do material, que representa a resistência final do material à plasticidade. Em geral, os indicadores das propriedades plásticas de um material são alongamento e redução de área.

Alongamento: δ = (L1-L) / L * 100%
Redução de área: ψ = (A-A1) / A * 100%

L1: comprimento da amostra após a retirada
L: comprimento original do espécime
A1: área de seção transversal mínima da amostra na fratura
A: área da seção transversal original
Quanto maior for o valor de δ e ψ, melhor será a plasticidade.

★ Curvas de tensão-tensão de tração para materiais com propriedades diferentes

Na engenharia, os materiais com alongamento ≥5% após uma quebra são geralmente chamados de materiais plásticos, enquanto os materiais com alongamento <5% após uma quebra são chamados de materiais quebradiços. Em geral, os materiais plásticos podem ter uma fase de escoamento distinta, enquanto a fratura por tração forma estrangulamento. Em contraste, os materiais quebradiços não vêem uma fase de escoamento óbvia durante o alongamento e nenhum estrangulamento ocorre na fratura por tração.

Um material plástico: região elástica muito pequena.
Um material dúctil: após a região elástica há uma seção estranha onde ocorre 'estrangulamento' - ocorre deformação permanente nesta região plástica.
Um material forte que não é dúctil: os fios de aço se esticam muito pouco e quebram repentinamente.
Um material quebradiço: este material também é forte porque há pouca tensão para uma alta tensão. A fratura de um material quebradiço é repentina, com pouca ou nenhuma deformação plástica. O vidro é um estresse frágil.

Comparação das propriedades mecânicas de materiais plásticos e quebradiços

Material Plástico	Material quebradiço
Alongamento: δ≥5%	Alongamento: δ ＜ 5%
Grande deformação plástica antes da fratura	Muito pouca deformação antes da fratura
O desempenho compressivo e o desempenho de tração são semelhantes	Desempenho compressivo muito maior do que desempenho de tração
Adequado para forjamento e trabalho a frio	Adequado para elementos de fundação ou conchas
Nota: A plasticidade e fragilidade do material podem ser alteradas por mudanças nos métodos de fabricação e nas condições do processo.

 

Então isso é tudo que há para a curva de tensão-deformação de tração, se você quiser saber como fazer o teste de resistência à tração, veja aqui.