نحوه تعیین خصوصیات رفتاری مواد (منحنی تنش-کرنش)

نحوه تعیین خصوصیات رفتاری مواد (منحنی تنش-کرنش):
به طور معمول، نتایج حاصل از آزمایش های مختلف به ابعاد نمونه مورد آزمایش بستگی دارند.

علاوه بر این، احتمال به کارگیری قطعاتی با ابعاد مشابه نمونه های آزمایشگاهی در سازه های واقعی بسیار کم است.

به همین دلیل، باید خروجی آزمایش ها را به گونه ای ارائه کرد که برای ارزیابی رفتار قطعاتی با اندازه های مختلف مناسب باشند.

یکی از روش های رسیدن به این هدف، تبدیل نتایج آزمایش ها به مقادیر تنش و کرنش است.

مقدار تنش محوری (σ) به وجود آمده در نمونه مورد آزمایش، با تقسیم نیروی محوری اعمال شده (P) بر مساحت سطح مقطع نمونه (A) تعیین می شود.

در صورت استفاده از مساحت اولیه سطح مقطع نمونه برای انجام محاسبات، مقدار «تنش اسمی» (Nominal Stress) به دست می آید.

این تنش با عناوین دیگری نظیر «تنش مهندسی» (Engineering Stress) و «تنش قراردادی» (Conventional Stress) نیز شناخته می شود.

مقدار دقیق تنش محوری یا اصطلاحاً «تنش واقعی» (True Stress)، با استفاده از مساحت واقعی سطح مقطع نمونه در محل رخ دادن شکست به دست می آید.

از آنجایی که مساحت سطح مقطع واقعی در آزمایش کششی همیشه کوچک تر از مساحت اولیه آن است، مقدار تنش واقعی همیشه بزرگ تر از تنش اسمی می شود.

کرنش محوری میانگین (ε) در نمونه مورد آزمایش، از تقسیم تغییر طول اندازه گیری شده (δ) بین نقاط نصب کشیدگی سنج بر طول اولیه این محدوده (L) به دست می آید.

در صورت استفاده از طول اولیه محدوده نصب کشیدگی سنج در محاسبات، «کرنش اسمی» (Nominal Strain) تعیین می شود.

فاصله بین دو نقطه نصب کشیدگی سنج با اعمال کشش افزایش می یابد.

به همین دلیل، با به کارگیری فاصله واقعی بین این نقاط در محاسبات، مقدار «کرنش واقعی» (True Strain) یا «کرنش طبیعی» (Natural Strain) در هر لحظه از بارگذاری به دست می آید.

در آزمایش کششی، کرنش واقعی همیشه از کرنش اسمی کوچک تر است. با این وجود، در اکثر مسائل مهندسی از تنش و کرنش اسمی برای انجام محاسبات استفاده می شود.

دلیل این امر را در بخش های بعدی توضیح خواهیم داد.

پس از اجرای آزمایش های کششی یا فشاری و تعیین تنش و کرنش در مقادیر مختلف بارگذاری می توان نمودار تنش در برابر کرنش را رسم کرد.

منحنی تنش-کرنش، یکی از ویژگی های ماده مورد آزمایش محسوب می شود. این منحنی حاوی اطلاعات مهمی در مورد خصوصیات مکانیکی و نحوه رفتار ماده است.

در مقاله های بعدی برای آشنایی بیشتر با منحنی تنش-کرنش مواد مختلف، به بررسی رفتار موادی نظیر «فولاد سازه ای» (Structural Steel)، مواد شکل پذیر، مواد شکننده، مواد لاستیکی و کامپوزیت ها خواهیم پرداخت.