کرنش الاستیک و پلاستیک — شکل پذیری مواد و آشنایی با مفاهیم آن

در منحنی تنش-کرنش، پیش از حد الاستیک، کرنش ماده به صورت الاستیک است و تغییر شکل آن پس از باربرداری بازیابی می‌شود. به این ترتیب، در صورت بارگذاری و باربرداری در این محدوده، ماده به طول اولیه خود باز خواهد گشت. در صورتی که بارگذاری بیشتر از حد الاستیک باشد، یک تغییر شکل دائمی در ماده باقی خواهد ماند که به آن کرنش پلاستیک گفته می‌شود.

در شکل بالا، هر دو کرنش الاستیک و پلاستیک در ماده وجود دارند. اگر بار در نقطه (σ,ε) برداشته شود، تنش و کرنش، مسیر باربرداری (خط‌چین سمت چپ) را طی خواهند کرد. کرنش الاستیک و پلاستیکی که در این شکل نشان داده شده‌اند، توسط معادلات زیر قابل محاسبه هستند:

کرنش الاستیک:
کرنش پلاستیک:

σ: تنش در نقطه نشان داده شده؛ E: مدول الاستیک؛ ε_p: کرنش پلاستیک؛ ε: کرنش در نقطه نشان داده شده

شکل‌پذیری

میزان کرنش پلاستیکی که یک ماده پیش از رسیدن به نقطه شکست می‌تواند تحمل کند، با معیاری به نام «شکل‌پذیری» (Ductility)، ‌مشخص می‌شود. یک ماده «شکل‌پذیر» (Ductile) توانایی تحمل کرنش‌های بزرگ حتی پس از رسیدن به نقطه تسلیم را نیز دارد.

فیلم آموزش مقاومت مصالح – جامع و با مفاهیم کلیدی در فرادرس

کلیک کنید

«درصد کشیدگی» (Percent Elongation) و «کاهش مساحت سطح مقطع» (Reduction in Area)، از معیارهای متداول برای ارزیابی شکل‌پذیری یک ماده هستند. در ادامه به توضیح هر یک از این معیارها خواهیم پرداخت.

در آزمایش کششی، پس از بارگذاری و رخ دادن شکست در نمونه، طول نهایی آن اندازه‌گیری شده و کرنش در نقطه شکست با استفاده از معادله زیر محاسبه می‌شود:

L_f: طول نهایی نمونه بعد از شکست؛ L_o: طول اولیه نمونه

باید توجه داشت که بعد از شکست نمونه، کرنش الاستیک موجود در حین بارگذاری، بازیابی می‌شود. با توجه به این موضوع، با محاسبه اختلاف بین طول اولیه و نهایی نمونه پس از شکست، کرنش پلاستیک به دست خواهد آمد. این فرآیند، در شکل زیر به نمایش درآمده است:

در شکل بالا، مشاهده می‌شود که کرنش در نقطه شکست (ε_f)، کرنش پلاستیک در همان نقطه است و کرنش نهایی (ε_u) نیز کرنش کل (کرنش پلاستیک به علاوه کرنش الاستیک) در نقطه شکست خواهد بود.

درصد کشیدگی در نقطه شکست، به صوت زیر محاسبه می‌شود:

از آنجایی که درصد کشیدگی، یکی از خواص قابل دسترس ماده است، کرنش در نقطه شکست، معمولاً با استفاده از این پارامتر محاسبه می‌شود:

در محاسبه کرنش نهایی، از هر دو کرنش الاستیک و پلاستیک در نقطه شکست استفاده می‌شود:

S_tu: مقاومت نهایی؛ E: مدول الاستیک

یکی دیگر از خواص مهم ماده، کاهش مساحت سطح مقطع است. این پارامتر را می‌توان در حین آزمایش کششی اندازه‌گیری کرد. میزان کاهش مساحت سطح مقطع، با استفاده از معادله زیر محاسبه می‌شود:

A_f: مساحت نهایی سطح مقطع نمونه بعد از شکست؛ A_o: مساحت اولیه سطح مقطع نمونه

به خاطر داشته باشید که درصد کشیدگی و کاهش مساحت سطح مقطع، به ترتیب به عنوان مؤلفه‌های پلاستیکیِ کرنش محوری و جانبی محسوب می‌شوند.

امیدواریم این آموزش برایتان مفید واقع شده باشد. اگر به مطالعه موضوعات مشابه علاقه‌مند هستید، مطالب زیر را به شما پیشنهاد می‌کنیم:

• مجموعه آموزش های مهندسی عمران
• مجموعه آموزش‌های مقاومت مصالح
• مجموعه ‌آموزش‌های مهندسی مکانیک
• مجموعه آموزش‌های مهندسی و علم مواد
• کاربرد قانون هوک در محاسبه مدول الاستیک و مدول برشی
• منحنی تنش-کرنش — به زبان ساده
• مفهوم تنش و کرنش — آشنایی با مفاهیم مقاومت مصالح

^^