Что такое кривая напряжение-деформация: график и типы

При изготовлении детали заготовка подвергается воздействию различных сил, таких как напряжение и деформация. Эти два термина имеют глубокий смысл, который помогает определить их значение.

Если вы также хотите разобраться во всём, что касается кривых напряжение-деформация, в приведённом ниже руководстве есть всё необходимое. Итак, давайте читать.

Что такое напряжение?

Напряжение — это разновидность силы, прикладываемой к материалу. Оно также отражает различные типы реакций, которые материал может проявлять под действием силы. Существует два типа напряжения, рассмотренных ниже.

Растягивающее напряжение

Растягивающее напряжение прикладывается к материалам, когда их удлиняют и растягивают по длине. Пример — растяжение стержня для увеличения его длины. При растягивающем напряжении материал тянут с обеих сторон.

Сжимающее напряжение

Сжимающее напряжение прикладывается к материалам, когда их сжимают, и из-за сжатия их размер уменьшается. Сила прикладывается с обеих сторон равномерно.

Что такое деформация?

Деформация — это изменение формы, происходящее в заготовке под действием силы. Изменение формы и размеров материалов вызвано силой, приложенной при деформации. Существует два типа деформации.

Растягивающая деформация

При растягивающей деформации материал удлиняется из-за приложенного давления, что вызывает изменение формы.

Сжимающая деформация

Сжимающая деформация воздействует на материал, деформируя его в сторону сжатия с уменьшением размера.

Что такое кривая напряжение-деформация?

Кривая напряжение-деформация — это график, показывающий изменение напряжения при увеличении деформации.

Она очень широко используется в производстве для понимания природы материалов. Она помогает определить поведение материала — является ли он пластичным, исходя из напряжения.

Кривые напряжение-деформация предназначены для материалов, которые хрупкие и твёрдые, но должны быть пластичными. Ниже приведена кривая напряжение-деформация.

Почему кривая напряжение-деформация важна?

Кривая напряжение-деформация важна, потому что предоставляет инженерам основные параметры, необходимые для проектирования. Этот график содержит различные механические свойства, такие как предел текучести, ударная вязкость, упругость и удлинение.

Объяснение графика напряжение-деформация

График напряжение-деформация содержит множество элементов, каждый из которых имеет своё значение. Ниже вы найдёте подробное описание каждого из этих элементов.

Предел пропорциональности

Предел пропорциональности — это конечная точка линейного участка кривой; это модуль Юнга, который можно определить, рассчитав наклон.

Предел упругости

Он представляет собой точку упругой деформации.

Предел текучести

Предел текучести также является пределом упругости, но его можно рассчитать.

Точка предельного напряжения

Это максимальная величина напряжения на кривой, после которой начинается образование шейки. Очень важно убедиться, что она находится в пиковой точке кривой, после которой материал может разрушиться.

Точка разрушения или разрыва

Точка разрыва — это точка на кривой, в которой наблюдается деформация материала, и он либо разрушается, либо ломается.

Закон Гука

Закон Гука объясняет понятие упругости и то, как сила может сжимать или растягивать объект. Он рассматривает упругость на заданное расстояние, пропорциональное силе. Чем больше сила, тем больше расстояние. Формула закона Гука приведена ниже.

Закон Гука гласит, что в большинстве металлов чем больше внутренняя сила, тем больше изменений длины. Это означает, что напряжение и деформация прямо пропорциональны. Металлы обладают упругостью лишь до определённого предела.

Как читать график?

Кривую напряжение-деформация можно читать способом, предложенным ниже.

• Выберите значение напряжения на оси Y.
• Проведите горизонтальную линию от оси Y до пересечения с линией кривой и отметьте эту точку.
• Проведите вертикальную линию от точки пересечения до оси X; эти линии образуют прямой угол.
• Значение, полученное на первом этапе анализа напряжений, показывает, что напряжение отражает деформацию материала в данной точке.

Виды напряжений и деформаций

Два вида напряжений и деформаций описаны ниже.

Инженерные и истинные напряжения и деформации

Инженерные напряжения и деформации позволяют получить сопоставимые значения при стандартном испытании на растяжение, чтобы составить представление о поведении материала. Этот вид также называют номинальными напряжениями и деформациями. Формулы для инженерных напряжений и деформаций приведены ниже:

Фактические напряжения и деформации — это истинные напряжения и деформации. Они помогают понять свойства материала, а для их расчёта потребуются приложенная нагрузка, расчётная длина и площадь поперечного сечения. Для расчёта истинных напряжений и деформаций можно использовать следующие формулы.

Кривые напряжение–деформация для различных материалов

Кривая напряжение–деформация даёт представление о том, как материалы ведут себя при приложении силы. Она отражает множество свойств материала: точки разрушения, упругость и предел текучести.

Металлы, такие как сталь, имеют линейную упругую область и являются пластичными. Полимеры, напротив, обладают нелинейной упругостью и претерпевают большие деформации без выраженной точки текучести.

Что касается стекла и керамики, они хрупкие, а их кривая напоминает стальную с внезапным разрушением. Такие кривые помогают инженерам выбирать материал исходя из напряжений, которые он способен выдерживать.

Заключение

Кривая напряжение–деформация играет важную роль при анализе материалов для производства компонентов. Мы в компании DEK анализируем кривую напряжение–деформация перед изготовлением компонентов, поэтому мы можем предложить вам подходящие материалы.