منحنی تنش-کرنش  یکی از روش‌های نمایش گرافیکی ارتباط تنش با کرنش است که از بارگذاری اجسام و اندازه‌گیری تغییر شکل حاصل در آزمون کشش بدست می‌آید. شکل این منحنی از ماده‌ای به مادهٔ دیگر متفاوت است.

با رسم منحنی تنش σ نسبت به کرنش ε، وقتی بار وارد شده بر عضو را افزایش دهیم، نمودار تنش-کرنش  را برای ماده مورد آزمایش بدست می آوریم.

از چنین نموداری، می توان بعضی از خواص مهم آن ماده مانند مدول کشسانی و شکل پذیری  یا شکنندگی آن را تعیین کرد.

رفتار مختلف مواد

بر اساس شکل نمودار تنش-کرنش مهندسی، رفتار مواد را به ۵ دسته مختلف تقسیم می‌کنند:

• رفتار الاستیک: نوع I

رفتار نوع I نشانگر رفتار کاملاً کشسان است. در این حالت ماده هیچ‌گونه تغییر شکل پلاستیکی از خود نشان نمی‌دهد و کاملاً از قانون هوک تبعیت می‌کند.

در هنگام باربرداری نیز این مواد کاملاً به حالت اولیهٔ خود باز می‌گردند. این مواد بدون تغییرشکل پلاستیک، بصورت ترد می‌شکند. شیشه‌ها، سنگ‌ها، اکثر سرامیک‌ها و پلیمر‌های دارای پیوند عرضی زیاد رفتاری شبیه این نمودار دارند.

• رفتار الاستیک-پلاستیک یکنواخت: نوع II

وقتی ماده‌ای امکان تغییر شکل پلاستیک داشته‌باشد، منحنی تنش-کرنش مهندسی آن به صورت روبرو خواهد بود. از آنجایی که این مواد نقطهٔ تسلیم مشخصی ندارند، از کرنش قرارداد تسلیم برای تعیین نقطهٔ تسلیم در آنها استفاده می‌شود. حد تسلیم تنشی در نظر گرفته می‌شود که کرنش مومسانی برابر با کرنش قراردادی تسلیم ایجاد کند.

• رفتار الاستیک-پلاستیک غیریکنواخت: نوع III

برخی از مواد نمودار تنش-کرنش دندانه‌دار دارند. این نوع نمودار نشان‌دهندهٔ تغییرات ساختاری ناهمگن در ماده است. ایجاد دوقلویی یا اثر پورتوین-لوشاتلیه ناشی از اتم‌های محلول یا برهم‌کنش تهیجایی‌ها با نابجایی‌ها می‌تواند باعث به وجود آمدن این نوع رفتار در مواد شود.

• رفتار الاستیک-پلاستیک غیریکنواخت، پلاستیک یکنواخت: نوع IV

فولادها بطور معمول تا نقطهٔ تسلیم رفتار خطی از خود نشان می‌دهند. این ناحیه از نمودار، ناحیهٔ تغییرشکل الاستیک نامیده می‌شود. پس از تسلیم (تسلیم بالایی) تنش تا میزان تسلیم پایینی کاهش می‌یابد که به دلیل آزاد شدن قفل‌های لومر-کاترل و تشکیل نوارهای لودر است. سپس بعد از مقداری تغییر شکل در تنش ثابت به دلیل کار سختی دوباره تنش تا استحکام نهایی افزایش می‌یابد. پس از استحکام نهایی به علت گلویی شدن سطح مقطع نمونه کاهش یافته و تنش مهندسی کاهش می‌یابد. این فرآیند تا نقطهٔ شکست ادامه پیدا می‌کند.

• رفتار الاستیک-پلاستیک غیریکنواخت، پلاستیک یکنواخت: نوع V

A-B: ناحیه الاستیک

C: تسلیم

C-D: گردنی‌شدن

E: شکست

برخی از پلیمرهای بلورین هنگام تغییر شکل پلاستیک از خود چنین رفتاری نشان می‌دهند. در این حالت پس از تسلیم بالایی و افت نیرو، کشش سرد آغاز می‌شود که مانند نقطهٔ تسلیم پایینی در رفتار نوع IV است ولی این ناحیه وسیع‌تر بوده و در آن واحدهای ساختاری پلیمرها در برابر نیرو جهت‌گیری می‌کنند این فرآیند باعث افزایش استحکام پلیمر در برابر نیرو می‌شود.

منابع

ویکی پدیا

 مقاومت مصالح، مولفین: فردیناند بی یر و راسل جانستون- ترجمه: ابراهیم موحدیان