منحنی تنش-کرنش مواد تحت فشار

منحنی تنش-کرنش برای مواد تحت فشار با منحنی مواد تحت کشش تفاوت دارد. حد تناسب فلزات شکل‌پذیری نظیر فولاد، آلومینیوم و مس در حین اعمال فشار به حد تناسب آن‌ها در حین اعمال کشش بسیار نزدیک بوده و نواحی اولیه منحنی تنش-کرنش آن‌ها در حالت فشاری و کششی بسیار مشابه یکدیگر است. با این وجود، رفتار این مواد پس از شروع تسلیم در حالت فشار تفاوت زیادی با حالت کشش دارد. در این بخش، به معرفی این تفاوت‌ها می‌پردازیم.

در آزمایش فشاری، وجود اصطکاک بین نمونه و صفحات انتهایی مانع از انبساط عرضی نمونه می‌شود و به همین دلیل، برآمدگی‌هایی در اطراف آن به وجود می‌آید. با افزایش میزان بار، پهنای نمونه بیشتر می‌شود و مقاومت آن در برابر کاهش ارتفاع افزایش می‌یابد (افزایش شیب منحنی تنش-کرنش). شکل زیر، منحنی تنش-کرنش مس در حین اعمال فشار را نمایش می‌دهد. بر اساس این منحنی، مساحت سطح مقطع نمونه تحت فشار از مساحت اولیه نمونه بیشتر است. به همین دلیل، تنش واقعی در یک آزمایش فشاری کوچک‌تر از تنش اسمی آن خواهد بود.

 

منحنی تنش-کرنش مس در حین اعمال فشار
                                                          منحنی تنش-کرنش مس در حین اعمال فشار

 

 

در منحنی تنش-کرنش فشاری مواد شکننده، نرخ کاهش طول نمونه کمی بیشتر از نرخ افزایش بار است. منحنی‌های تنش-کرنش فشاری و کششی از نظر ظاهری مشابه یکدیگر هستند اما میزان مقاومت نهایی در حالت فشاری بسیار بیشتر از حالت کششی است. بر خلاف مواد شکل‌پذیر که در حین اعمال فشار به صورت برآمده (شبیه بشکه) درمی‌آیند، مواد شکننده در حین اعمال فشار حداکثری با شکست مواجه می‌شوند.

 

 

خواص مکانیکی برخی از مواد پرکاربرد مهندسی

در جدول زیر، خصوصیات مکانیکی برخی از مواد پرکاربرد در طراحی‌های مهندسی آورده شده است. شما می‌توانید از این مقادیر به منظور تخمین مقاومت مواد مختلف استفاده کنید. با این وجود، تضمینی برای دقیق بودن مقادیر به دست آمده نیست؛ چراکه خواص و منحنی‌های تنش-کرنش برخی از مواد مشابه نیز با هم متفاوت هستند. فرآیندهای مختلف در حین تولید، ترکیبات شیمیایی، عیب و نقص‌های داخلی، دما و عوامل متعدد دیگر بر روی نتایج به دست آمده تأثیرگذار هستند.

با توجه به این دلایل، مقادیر ارائه شده در جدول زیر نباید برای مقاصد خاص مهندسی یا طراحی‌های بخصوص مورد استفاده قرار گیرند. در مجموع، اطلاعات مورد نیاز در مورد یک ماده خاص را باید از طریق مشاوره با تولیدکنندگان یا در صورت امکان از طریق انجام آزمایش به دست آورد. با این وجود، مطالعه جدول زیر را برای ایجاد یک ذهنیت کلی در مورد خواص مکانیکی مواد و به عنوان ابزاری برای مقایسه خواص مواد مختلف با یکدیگر به شما پیشنهاد می‌کنیم.

 

 

ماده تنش تسلیم بر حسب MPa تنش نهایی بر حسب MPa درصد کشیدگی (طول اندازه‌گیری برابر با 5 سانتی‌متر)
آلیاژهای آلومینیوم

2014-T6

6061-T6

7075-T6

35-550410

270

480

100-550480

310

550

1-4513

17

11

برنج 70-550 200-620 4-60
برنز 82-690 200-830 5-60
آهن ریخته‌گری (تحت کشش) 120-290 69-480 0-1
آهن ریخته‌گری (تحت فشار) 340-1400
بتن (تحت فشار) 10-70
مس و آلیاژهای مس 55-760 230-830 4-50
شیشهشیشه تخت

الیاف شیشه (فایبرگلاس)

30-100070

7000-20000

0
آلیاژهای منیزیوم 80-280 140-340 2-20
مونل (70 درصد نیکل و 30 درصد مس) 170-1100 450-1200 2-50
نیکل 100-620 310-760 2-50
پلاستیکنایلون

پلی‌اتیلن

-40-80

7-28

20-10015-300
سنگ (تحت فشار)گرانیت، مرمر، کوارتز

سنگ آهک، ماسه سنگ

-50-280

20-200

لاستیک 1-7 7-20 100-800
فولادمقاومت بالا

ماشین

فنر

ضد زنگ

ابزار

-340-100

340-700

400-1600

280-700

520

-550-1200

550-860

700-1900

400-1000

900

-5-25

5-25

3-15

5-40

8

فولاد سازه‌ای

ASTM-A36

ASTM-A572

ASTM-A514

200-700250

340

700

340-830400

500

830

10-4030

20

15

سیم فولادی 280-1000 550-1400 5-40
آلیاژهای تیتانیوم 760-1000 900-1200 10
تنگستن 1400-4000 0-4
چوب (تحت خمش)صنوبر

بلوط

کاج

-30-50

40-60

40-60

-50-80

50-100

50-100

چوب (تحت فشار موازی با راستای ذرات)صنوبر

بلوط

کاج

-30-50

30-40

30-50

-لوله فولادی تحت فشار40-70

30-50

40-70