تغییر شکل الاستیک و پلاستیک

تغییر شکل الاستیک و پلاستیک

آشنایی با تغییر شکل الاستیک و پلاستیک از مبانی ابتدایی مقاومت مصالح و آشنایی با سازه می باشد. تغییر شکل الاستیک و پلاستیک وابسته به نوع ماده، اندازه و هندسه جسم موردنظر و باری که به آن اعمال می‌شود می باشد. شکل زیر که نمودار تنش-کرنش یک ماده انعطاف‌پذیر تحت نیروی کششی را نشان می‌دهد، بیانگر حالت های تغییر شکل جسم در اثر بارگذاری‌های متفاوت است.

تغییر شکل الاستیک

تغییر شکل الاستیک برگشت‌پذیر است که این امر بدان معناست که با حذف بارگذاری، ماده به شکل اولیه خود بازمی‌گردد. موادی مانند الاستومرها و فلزاتی مانند نیتینول بازه‌های تغییر شکل الاستیک بزرگی دارند. البته در این مواد تغییر شکل الاستیک غیرخطی است. در فلزات رایج، سرامیک ها و اغلب کریستال‌ها که تغییر شکل الاستیک خطی دارند بازه تغییر شکل الاستیک کوچک‌تر است. تغییر شکل الاستیک خطی با قانون هوک توصیف می‌شود:

σ=Eε

σ تنش اعمال‌شده، E ثابت ماده که مدول یانگ یا مدول الاستیک نامیده می‌شود و e کرنش ایجادشده در ماده می باشد. قانون هوک برای موادی که حالت تغییر شکل الاستیک غیرخطی دارند برقرار نیست. حالت الاستیک خطی ماده تا زمانی که تنش اعمالی به تنش تسلیم (yield stress) برسد، ادامه دارد.

تغییر شکل پلاستیک

تغییر شکل پلاستیک برخلاف تغییر شکل الاستیک برگشت‌ناپذیر است. ماده پیش از اینکه تحت تغییر شکل پلاستیک قرار بگیرد دچار تغییر شکل الاستیک می شود. بنابراین پس از باربرداری بخشی از ماده که دچار تغییر شکل پلاستیک شده است به شکل اولیه خود بازنگشته و تنها بخشی که هنوز فاز پلاستیک را تجربه نکرده به شکل اولیه خود بازمی‌گردد.

طبق دیاگرام تنش-کرنش تحت بارگذاری کششی ناحیه پلاستیک با دو بخش کرنش سختی (strain hardening) و گردن دهی (necking) شناخته می‌شود. در ناحیه کرنش سختی ماده در اثر جابجایی‌های اتمی قوی‌تر می‌شود. نام‌گذاری ناحیه گردن دهی به این نام به این دلیل است که پس از رد شدن تنش از استحکام نهایی ماده، سطح مقطع جسم کاهش می‌یابد و به‌اصطلاح گردن می‌دهد. در طول این ناحیه ماده نمی‌تواند مقاومت زیادی در برابر تنش اعمال‌شده نشان دهد و کرنش در نمونه موردنظر به‌شدت افزایش می‌یابد. تغییر شکل پلاستیک با شکست ماده به‌پایان می‌رسد.