آشنایی با مواد شکل پذیر و مواد شکننده در سازه

آشنایی با مواد شکل پذیر و مواد شکننده:
یک «ماده شکل پذیر» (Ductile) می تواند کرنش های بزرگ را حتی پس از رسیدن به نقطه تسلیم تحمل کند.

در طرف مقابل، یک «ماده شکننده» (Brittle)، مقاومت کمی در برابر کرنش های پلاستیک دارد و در برخی از موارد، هیچ کرنش پلاستیکی را تحمل نمی کند.

در شکل زیر، منحنی های تنش-کرنش یک ماده شکل پذیر و یک ماده شکننده به نمایش در آمده است.

منحنی تنش-کرنش الف) ماده شکننده؛ ب) ماده شکل پذیر (حقوق معنونی این تصویر متعلق به وبسایت MechaniCalc است.)

در شکل بالا، مشاهده می شود که ماده شکل پذیر تا نقطه شکست (F)، کرنش قابل توجهی را تحمل کرده است. در این منحنی، بین نقطه تسلیم (Y) و مقاومت نهایی (U)، یک ناحیه طولانی وجود دارد.

این ناحیه، سخت شوندگی کرنش ماده را نشان می دهد. به علاوه، بخش دیگری نیز بین مقاومت نهایی و نقطه شکست دیده می شود.

در این بخش، مساحت سطح مقطع ماده به سرعت کاهش یافته و پدیده باریک شدگی رخ می دهد.

از سوی دیگر، با توجه به نمودار مربوط به ماده شکنند می توان دید که در فاصله کوتاهی پس از نقطه تسلیم، شکست در ماده رخ می دهد. علاوه بر این، مقاومت نهایی بر روی نقطه تسلیم منطبق است.

از آنجایی که مساحت زیر منحنی تنش-کرنش برای مواد شکل پذیر، نسبت به مواد شکننده بزرگ تر است، ضریب چقرمگی مواد شکل پذیر بیشتر خواهد بود.

در واقع، این ویژگی باعث جذب بیشتر انرژی کرنشی پیش از شکست می شود. به علاوه، به دلیل کرنش قابل توجه مواد شکل پذیر پیش از شکست، این مواد تغییر شکل بسیار زیادی را متحمل می شوند.

بنابراین، با مشاهده رفتار مواد شکل پذیر، می توان شکست احتمالی آن ها را پیش بینی کرد و اقدامات لازم در جهت جلوگیری از وقوع خسارات احتمالی را انجام داد.

منحنی تنش-کرنش معرف برای مواد شکننده در شکل زیر آورده شده است. این منحنی، تغییرات تنش و کرنش در بارگذاری های فشاری و کششی را نشان می دهد.

با توجه به این منحنی، یک ماده شکننده پیش از رسیدن به نقطه شکست، تنش و کرنش بیشتری را در آزمایش فشاری نسبت به آزمایش کششی تحمل می کند.