Οι ιδιότητες των υλικών που προκύπτουν από το στατικό αξονικό εφελκυσμό ή θλίψη χρησιμοποιούνται συχνά σε εγχειρίδια και στις προδιαγραφές των κατασκευών. Τα πειράματα αυτά είναι εύκολο να πραγματοποιηθούν και τα αποτελέσματά τους θεωρούνται γενικώς αποδεκτά. Παρ’ όλα αυτά η σχέση που μπορεί να έχουν με τη συμπεριφορά του ίδιου υλικού όταν βρεθεί υπό κόπωση είναι αρκετά μακρινή.

Αν και ο Spangenburg το είχε διαπιστώσει αυτό από το 1876, υπάρχουν ακόμη και σήμερα μηχανικοί που προσπαθούν να προβλέψουν τη συμπεριφορά υπό κόπωση με δεδομένα από απλά πειράματα όπως αυτά του αξονικού εφελκυσμού και θλίψης.

Για να γίνει πιο κατανοητή η διαφορά, πριν προχωρήσουμε στη κόπωση θα δούμε τα βασικά στοιχεία των στατικών αξονικών πειραμάτων.

Στατικός Αξονικός Εφελκυσμός ή Θλίψη

Σε ένα πείραμα αξονικού εφελκυσμού η συμπεριφορά τάσης-παραμόρφωσης μπορεί να περιγραφεί είτε με «συμβατικές» ή με «πραγματικές» ποσότητες.

Η συμβατική τάση είναι σ = P/F, όπου, P είναι το αξονικό φορτίο και F είναι το αρχικό εμβαδόν της διατομής του δοκιμίου. Η ανηγμένη επιμήκυνση του δοκιμίου είναι ε = Δl/l, όπου, l είναι το αρχικό μήκος του δοκιμίου και Δl είναι η αλλαγή στο μήκος του λόγω της παραμόρφωσης. Η σχέση μεταξύ των συμβατικών σ & ε απεικονίζεται στο διάγραμμα «τάσεων-παραμορφώσεων» (σ-ε), που ακολουθεί.

Εικόνα 3 : Διάγραμμα «τάσεων-παραμορφώσεων» συμβατικών (σ-ε) & πραγματικών (σ’-ε’).

Η πραγματική  τάση είναι σ’ = P/F’, όπου, P είναι το αξονικό φορτίο και F’ είναι το πραγματικό εμβαδόν της διατομής του δοκιμίου. Η πραγματική ανηγμένη επιμήκυνση του δοκιμίου είναι ε’ = ln(l’/l), όπου, l είναι το αρχικό μήκος του δοκιμίου και l’ είναι το πραγματικό μήκος του δοκιμίου. Η σχέση μεταξύ των πραγματικών σ’ & ε’ απεικονίζεται και αυτή στο διάγραμμα «τάσεων-παραμορφώσεων» (σ’-ε’). Όταν οι παραμορφώσεις είναι μικρές, δηλ. κάτω του 2%, οι συμβατικές ποσότητες συμπίπτουν πρακτικά με τις πραγματικές. Για μεγαλύτερες όμως παραμορφώσεις υπάρχει διαφορά η οποία είναι σημαντική, όπως φαίνεται και στο προηγούμενο διάγραμμα.

Τα συμβατικά και τα πραγματικά μεγέθη τάσης & ανηγμένης παραμόρφωσης τα συνδέουν οι παρακάτω σχέσεις: σ'=σ(1+ε), και, ε'=ln(1+ε).

Άλλες ιδιότητες που προκύπτουν από το διάγραμμα σ-ε είναι :

• το Όριο Αναλογίας σΑ, είναι η τιμή της τάσης μέχρι την οποία το υλικό συμπεριφέρεται ελαστικά και γραμμικά. Στην γραμμική ελαστική περιοχή ισχύει η γραμμική σχέση σ =Εε. Ο συντελεστής Ε λέγεται μέτρο Ελαστικότητας ή μέτρο Young του υλικού και η κλίση της ευθείας (Hooke) είναι ίση με θ = τοξεφ(Ε).
• το Όριο Ελαστικότητας σΕ, είναι η τιμή της τάσης μέχρι την οποία το υλικό συνεχίζει να συμπεριφέρεται ελαστικά αλλά όχι και γραμμικά.
• τα Όρια Διαρροής σΔ1, σΔ2, είναι η ανώτερη και κατώτερη τάση που ορίζουν την ασταθή περιοχή που ακολουθεί την ελαστική περιοχή και στην οποία παρατηρούμε σημαντική αύξηση στη παραμόρφωση, χωρίς να έχουμε ανάλογη αύξηση στη τάση.
• το Όριο Αντοχής ή Όριο Θραύσης σΜ, είναι η τιμή της τάσης μετά την οποία το δοκίμιο σχηματίζει λαιμό και τελικά σπάει. Το διάστημα σΔ-σΜ, λέγεται περιοχή κράτυνσης του υλικού. Η τάση σΜ  είναι και η μέγιστη τάση στο διάγραμμα συμβατικών τάσεων σ-ε. Στο διάγραμμα πραγματικών τάσεων σ’-ε’ η τάση σΜ  αποτελεί το σημείο καμπής της καμπύλης.
• η πραγματική Τάση Θραύσης σ’Θ , αποτελεί τη απόλυτα υψηλότερη τιμή τάσης για το υλικό και είναι η τιμή για την οποία επέρχεται η θραύση του λαιμού που σχηματίστηκε στο διάστημα σΜ-σΘ,. Η συμβατική Τάση Θραύσης σΘ, είναι πολύ μικρότερη καθώς υπολογίζεται βάσει της αρχικής διατομής του δοκιμίου και όχι βάσει της πραγματικής διατομής του λαιμού που μειώνεται συνεχώς.

Τα Όρια Διαρροής σΔ1, σΔ2, και το Όριο Ελαστικότητας σΕ, δεν διακρίνονται πάντα μεταξύ τους. Όταν η ακρίβεια του πειράματος δεν είναι υψηλή, τα τρία όρια εμφανίζονται συνήθως σαν μια ευθεία γραμμή και αναφέρονται σαν μια ποσότητα σΔ.

Το διάγραμμα «τάσεων-παραμορφώσεων» δεν είναι ίδιο για όλα τα υλικά. Στα όλκιμα υλικά παρουσιάζονται έντονες πλαστικές παραμορφώσεις και στον εφελκυσμό σχηματίζεται λαιμός πριν από τη θραύση, το δε διάστημα σΜ-σΘ είναι μεγάλο. Αντίθετα στα ψαθυρά υλικά η θραύση συμβαίνει απότομα χωρίς σημαντικές παραμορφώσεις (π.χ. λαιμό) και τα σημεία σΜ & σΘ πρακτικά συμπίπτουν. Η όλκιμη θραύση λοιπόν συμβαίνει πιο αργά και είναι λιγότερο επικίνδυνη, ενώ η ψαθυρή θραύση διαδίδεται απότομα και είναι ιδιαίτερα επικίνδυνη. Στο σημείο αυτό παίζει ρόλο και η κόπωση του υλικού καθώς ακόμα και τα όλκιμα υλικά όταν υποβληθούν σε κόπωση παρουσιάζουν απότομη και ψαθυρή θραύση.

[Προηγούμενη] | Πάνω | [Επόμενη]