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.
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 |