تنش در مقابل کرنش: تفاوت‌های کلیدی

مقدمه

تنش و کرنش(به انگلیسی stress–strain) دو مفهوم بسیار مهم در علم مواد و مهندسی هستند. stress به نیرویی که بر واحد سطح به یک ماده وارد می‌شود اشاره دارد، در حالی که کرنش تغییر شکل یا تغییر شکل ماده‌ای است که در نتیجه نیروی وارد شده رخ می‌دهد. با این حال، رابطه بین تنش و کرنش همیشه ساده نیست. مواد مختلف بسته به ترکیب، ساختار و شرایط بارگذاری خود می‌توانند رفتارهای stress-strain بسیار متفاوتی از خود نشان دهند.

این مقاله تفاوت‌های کلیدی بین Stress و strain و دلایل اهمیت آن‌ها در مهندسی و طراحی را بررسی خواهد کرد. ما انواع مختلف Stress و strain، نحوه اندازه‌گیری و تحلیل آن‌ها و نحوه استفاده از آن‌ها برای پیش‌بینی عملکرد و شکست مواد و سازه‌ها را مورد بحث قرار خواهیم داد.

تنش چیست؟

تنش به عنوان نیرویی در واحد سطح که بر یک ماده وارد می‌شود تعریف می‌شود. این ویژگی به تعریف رفتار مواد مختلف در شرایط بارگذاری خاص کمک می‌کند.

انواع مختلفی از Stress می‌تواند در داخل یک جسم رخ دهد، از جمله stress فشاری، تنش کششی، stress برشی و تنش پیچشی، و غیره. از نمادهای مختلف برای نشان دادن هر نوع تنش استفاده می‌شود، که حرف یونانی سیگما (𝜎) نماد اصلی است. عبارت ریاضی برای Stress در زیر ارائه شده است:

معادله Stress

• جایی که:
  • 𝜎 تنش است، اندازه‌گیری شده در N/m² یا Pa
  • F نیروی وارد شده است، اندازه‌گیری شده در نیوتون (N)
  • A سطح مقطع وارد شدن نیرو است، اندازه‌گیری شده در m²

نمادهای اضافی شامل 𝜎t، 𝜎c و 𝜏 هستند که به ترتیب نشان دهنده stress کششی، Stress فشاری و stress برشی هستند.

نحوه عملکرد تنش در مواد

stress در داخل یک جسم، ساختار یا ماده زمانی ایجاد می‌شود که یک جسم تحت یک نیروی تغییر شکل قرار گیرد. در نتیجه نیروی وارد شده، جسم تغییر شکل الاستیک (قابل برگشت) یا ترکیبی از تغییر شکل الاستیک و پلاستیک (دائمی) را تجربه می‌کند. پیوندهای بین اتم‌های یک ماده در برابر نیروهای خارجی مقاومت می‌کنند و یک نیروی واکنش برابر و مخالف در داخل جسم تحت Stress ایجاد می‌کنند.

حتی اعمال یک نیروی کششی ساده، کشش یک ماده در امتداد فقط یکی از محورهای آن، منجر به ایجاد تنش‌های واکنش در حداقل دو بعد می‌شود، زیرا ماده در یک جهت کشیده می‌شود و در جهتی عمود بر نیروی وارد شده منقبض می‌شود. حالت stress واقعی سه بعدی یک جسم تحت بار توسط یک تانسور Stress نشان داده می‌شود که حالت stress را در هر یک از جهت‌های اصلی و همچنین تعاملات بین تنش‌ها در محورهای اصلی توصیف می‌کند.

انواع stress

تنش، به عنوان نیرویی که بر واحد سطح وارد می‌شود، در مهندسی مکانیک و مواد از اهمیت بالایی برخوردار است. درک انواع مختلف Stress به ما کمک می‌کند تا رفتار مواد تحت بارگذاری‌های مختلف را بهتر پیش‌بینی کنیم و در طراحی سازه‌ها و قطعات مهندسی تصمیمات بهتری بگیریم.

طبقه‌بندی انواع Stress

تنش‌ها را می‌توان از جنبه‌های مختلفی دسته‌بندی کرد. در ادامه، برخی از مهم‌ترین طبقه‌بندی‌ها را بررسی می‌کنیم:

1. بر اساس جهت نیرو نسبت به سطح مقطع:

• نرمال (Normal Stress): نیرویی که عمود بر سطح مقطع وارد می‌شود. این Stress می‌تواند کششی (وقتی نیرو سعی در کشیدن ماده دارد) یا فشاری (وقتی نیرو سعی در فشردن ماده دارد) باشد.
• برشی (Shear Stress): نیرویی که موازی با سطح مقطع وارد می‌شود و باعث لغزش لایه‌های ماده نسبت به هم می‌شود.

2. بر اساس نوع بارگذاری:

• خمشی: هنگامی که یک عضو تحت خمش قرار می‌گیرد، در قسمت بالایی آن Stress کششی و در قسمت پایینی آن stress فشاری ایجاد می‌شود.
• پیچشی: هنگامی که یک عضو تحت پیچش قرار می‌گیرد، در سطح مقطع آن Stress برشی ایجاد می‌شود.
• ترکیبی: ترکیبی از تنش‌های مختلف، مانند ترکیبی از Stress نرمال و برشی.

3. بر اساس رفتار ماده:

• الاستیک: تنشی که با برداشته شدن بار، ماده به حالت اولیه خود باز می‌گردد.
• پلاستیک: تنشی که باعث تغییر شکل دائمی ماده می‌شود و با برداشته شدن بار، ماده به حالت اولیه خود باز نمی‌گردد.

4. بر اساس تغییرات زمانی:

• استاتیک: تنشی که با گذشت زمان تغییر نمی‌کند.
• دینامیک: تنشی که با گذشت زمان تغییر می‌کند (مانند Stressهای ناشی از ارتعاشات).

نحوه اندازه‌گیری Stress مواد

اندازه‌گیری مستقیم Stress امکان‌پذیر نیست، بنابراین باید نیروهای وارد شده یا تغییر شکل‌های حاصل را اندازه‌گیری کنیم. برای اندازه‌گیری تغییر شکل، لازم است رابطه بین نیروهای وارد شده (تنش‌ها) و تغییر شکل‌های حاصل (کرنش‌ها) را درک کرد.

چندین تکنیک و ابزار آزمایش تجربی می‌توانند برای اندازه‌گیری غیرمستقیم تولید stress توسط نیروهای وارد شده استفاده شوند، مانند سنسورهای strain، اکستنسومترها، مواد پیزوالکتریک، سلول‌های بار، آزمایش اولتراسونیک، پراش اشعه ایکس و فتوالاستیک.

پس از شناخته شدن یا اندازه‌گیری بزرگی نیرو، می‌توان از معادله تنش (σ=F/A) برای محاسبه Stress استفاده کرد.

تحلیل Stress یک ابزار ارزشمند برای ارزیابی تأثیراتی است که نیروهای مختلف می‌توانند بر یک جسم داشته باشند و می‌توان آن را با استفاده از تکنیک‌های مختلف مانند آزمایش تجربی، شبیه‌سازی‌های محاسباتی، مدل‌سازی ریاضی تحلیلی یا ترکیبی از این روش‌ها انجام داد. انتخاب تکنیک به ماده مورد آزمایش، نوع stress اندازه‌گیری شده و سطح دقت مورد نظر بستگی دارد.

کرنش چیست؟

کرنش معیاری از تغییر شکل یک ماده تحت تأثیر یک نیروی خارجی است. این نشان دهنده میزان تغییر شکلی است که در یک ماده هنگام اعمال Stress رخ می‌دهد. strain به عنوان نسبت تغییر طول (یا ابعاد دیگر) یک ماده به طول اصلی (یا بعد) آن تعریف می‌شود و به صورت یک کمیت بدون واحد یا به صورت درصد بیان می‌شود. معادله از نظر تغییر طول یک نمونه در زیر ارائه شده است:

فرمول strain

• کرنش (ε) تغییر کسری یا درصدی در طول یا بعد دیگر است.
• L طول ماده پس از اعمال بار خارجی است.
• L0 طول اصلی اندازه‌گیری شده در واحدهای مشابه “L” است.

نام نوع کرنش مشاهده شده بر اساس نام نوع stress اعمال شده است: کرنش کششی، کرنش برشی، کرنش فشاری، کرنش حجمی و کرنش حرارتی. کرنش کششی زمانی رخ می‌دهد که یک ماده کشیده یا کشیده شود، در حالی که کرنش فشاری زمانی رخ می‌دهد که یک ماده فشرده یا کوتاه شود. strain برشی نتیجه Stress اعمال شده در جهتی موازی با سطح مقطع مورد علاقه است. کرنش حجمی مربوط به تغییرات حجم یک ماده به دلیل تغییرات در شکل یا اندازه آن است. در نهایت، strain حرارتی به تغییر طول یا حجم یک ماده به دلیل تغییرات دما اشاره دارد.

نحوه عملکرد strain در مواد

هنگامی که یک نیروی خارجی به یک ماده اعمال می‌شود، باعث تغییر شکل می‌شود که به عنوان strain اندازه‌گیری می‌شود. رفتار تغییر شکل ماده تحت تنش به عوامل مختلفی مانند نوع ماده، ترکیب آن و بزرگی، جهت و ماهیت تنش‌های وارد شده بستگی دارد. به طور کلی، مواد می‌توانند تحت Stress به سه روش اصلی تغییر شکل دهند:

تغییر شکل الاستیک: زمانی رخ می‌دهد که ماده تحت stress تغییر شکل دهد اما پس از برداشتن Stress به شکل اصلی خود بازگردد. به عبارت دیگر، ماده می‌تواند بدون تغییر شکل دائمی، مقداری strain را تحمل کند.

تغییر شکل پلاستیک: زمانی رخ می‌دهد که ماده تحت stress فراتر از حد الاستیک خود قرار گیرد و باعث تغییر شکل دائمی شود. ماده تغییر شکل می‌دهد که حتی پس از برداشتن Stress نیز قابل بازیابی نیست. مقدار تغییر شکل پلاستیکی که یک ماده می‌تواند قبل از شکستن تحمل کند، به عنوان شکل‌پذیری آن شناخته می‌شود.

شکستگی: زمانی رخ می‌دهد که stress وارد شده از استحکام ماده فراتر رود و باعث شکستن یا شکست آن شود. استحکام یک ماده نشان دهنده توانایی آن در تحمل Stress بدون شکستن یا تغییر شکل پلاستیکی است.

طبقه‌بندی انواع strain

کرنش‌ها را می‌توان از جنبه‌های مختلفی دسته‌بندی کرد. در ادامه، برخی از مهم‌ترین طبقه‌بندی‌ها را بررسی می‌کنیم:

1. بر اساس جهت تغییر شکل:

• نرمال (Normal Strain): تغییری در طول اولیه ماده است. این تغییر شکل می‌تواند کششی (وقتی طول افزایش می‌یابد) یا فشاری (وقتی طول کاهش می‌یابد) باشد.
• برشی (Shear Strain): تغییر شکل زاویه‌ای بین دو خطی که ابتدا عمود بر هم بوده‌اند. این نوع strain در اثر نیروهای برشی ایجاد می‌شود.

2. بر اساس رفتار ماده:

• الاستیک: کرنشی که با برداشته شدن بار، ماده به حالت اولیه خود باز می‌گردد.
• پلاستیک: کرنشی که باعث تغییر شکل دائمی ماده می‌شود و با برداشته شدن بار، ماده به حالت اولیه خود باز نمی‌گردد.

3. بر اساس نوع بارگذاری:

• خمشی: کرنشی که در اثر اعمال ممان خمشی به یک عضو ایجاد می‌شود.
• پیچشی: کرنشی که در اثر اعمال گشتاور پیچشی به یک عضو ایجاد می‌شود.
• حجمی: تغییری در حجم ماده است که معمولاً در اثر فشارهای هیدرواستاتیک ایجاد می‌شود.

نحوه اندازه‌گیری strain مواد

روش‌های مختلفی می‌توان برای اندازه‌گیری کرنش استفاده کرد. محبوب‌ترین روش‌ها سنسورهای strain و اکستنسومترها هستند. هر دو این روش‌ها نیاز به تماس بین نمونه و ابزار دارند و هر دو جهت‌دار هستند. روش‌های دیگری که می‌توان استفاده کرد شامل همبستگی تصویر دیجیتال (DIC)، سنسورهای پیزوالکتریک و سنسورهای انتشار آکوستیک هستند.

تفاوت‌های کلیدی Stress و strain

ویژگی	Stress	strain
تعریف	نیروی وارد شده بر واحد سطح. به عبارتی، شدت نیروی داخلی در یک ماده است که تمایل دارد آن ماده را تغییر شکل دهد.	تغییر شکل یا تغییر اندازه یک ماده نسبت به اندازه اولیه آن. این تغییر شکل می‌تواند در اثر اعمال نیرو روی ماده رخ دهد.
واحد	پاسکال (Pa) یا نیوتن بر متر مربع (N/m²)	بدون واحد یا درصد. معمولاً به صورت نسبت تغییر طول به طول اولیه بیان می‌شود.
انواع	کششی (وقتی نیرو سعی در کشیدن ماده دارد)، فشاری (وقتی نیرو سعی در فشردن ماده دارد)، برشی (وقتی نیرو سعی در لغزاندن لایه‌های ماده روی هم دارد)، پیچشی (وقتی نیرو سعی در چرخاندن ماده حول محوری دارد)	کششی (وقتی ماده کشیده می‌شود)، فشاری (وقتی ماده فشرده می‌شود)، برشی (وقتی لایه‌های ماده نسبت به هم می‌لغزند)، حجمی (وقتی حجم ماده تغییر می‌کند)، حرارتی (وقتی تغییر شکل در اثر تغییر دما رخ می‌دهد)
اندازه‌گیری	با اندازه‌گیری نیروی وارد شده و مساحت سطح مقطعی که نیرو به آن وارد می‌شود.	با اندازه‌گیری تغییر طول یا تغییر شکل ماده و تقسیم آن بر طول اولیه.
رابطه	stress علت ایجاد کرنش است. هرچه Stress بیشتر باشد، strain ایجاد شده نیز بیشتر خواهد بود.	strain نتیجه اعمال Stress بر ماده است.
نمودار	منحنی stress-strain که رابطه بین Stress و strain را به صورت گرافیکی نشان می‌دهد. این منحنی برای هر ماده منحصر به فرد است و اطلاعات زیادی درباره خواص مکانیکی ماده ارائه می‌دهد.	منحنی کرنش-زمان که نشان می‌دهد چگونه کرنش در طول زمان تغییر می‌کند.
اثر بر ماده	stress می‌تواند باعث تغییر شکل دائمی یا موقت ماده، تغییر در خواص مکانیکی ماده (مانند استحکام، سختی، شکل‌پذیری)، خستگی ماده و در نهایت شکست آن شود.	کرنش نشان‌دهنده میزان تغییر شکل ماده است و می‌تواند به صورت الاستیک (موقتی) یا پلاستیک (دائمی) باشد. strain زیاد می‌تواند باعث شکست ماده شود.
رفتار فیزیکی	Stress می‌تواند باعث کشش، فشردگی، برش یا پیچش در ماده شود.	strain باعث تغییر در شکل یا اندازه ماده می‌شود.
فرمول	σ = F/A	ε = (L – L₀) / L₀

مثال‌هایی از Stress و strain مواد مختلف

مواد مختلف هنگام قرار گرفتن تحت Stress و strain رفتارهای متفاوتی از خود نشان می‌دهند. در اینجا چند نمونه از رفتار مواد مختلف آورده شده است:

فلزات: فلزات شکل‌پذیر مانند فولاد ضد زنگ و بسیاری از آلیاژهای دیگر تمایل به تسلیم شدن و سپس تغییر شکل تحت stress دارند، در حالی که فلزات شکننده مانند فولادهای پر کربن بیشتر مستعد شکستگی با حداقل تغییر شکل پلاستیکی هستند. فولاد کم کربن، از سوی دیگر، می‌تواند تحت stress خم شود تا به نقطه تسلیم برسد که در آن سخت شده است. این باعث می‌شود که کمتر شکل‌پذیر و شکننده‌تر شود، که می‌تواند احتمال شکست در شرایط خاص را افزایش دهد.

پلیمرها: رفتار stress-strain پلیمرها متنوع است.

منحنی قرمز نشان‌دهنده یک پلیمر شکننده است که پس از تغییر شکل الاستیک تنها شکسته می‌شود. از سوی دیگر، منحنی آبی یک پلیمر پلاستیکی را با یک نقطه تسلیم و یک مقدار stress اوج نشان می‌دهد. هنگام کشش بیشتر، شکستگی رخ می‌دهد و مقدار stress در آن نقطه به عنوان استحکام کششی شناخته می‌شود. الاستومرها، نشان داده شده در سبز، یک کلاس منحصر به فرد از پلیمرها با خاصیت کشسانی لاستیک‌مانند هستند که می‌توانند به شکل اصلی خود بازگردند مگر اینکه تا نقطه شکستگی کشیده شوند.

در حالی که منحنی‌هایstress-strain برای برخی پلیمرها ممکن است شبیه به منحنی‌های فلزات باشد، پلیمرها دارای خواص مکانیکی متمایز نسبت به فلزات یا سرامیک‌ها هستند. به عنوان مثال، یک پلیمر بسیار الاستیک می‌تواند تا 10 برابر طول اصلی خود کشیده شود قبل از شکستن، در حالی که یک فلز ممکن است فقط تا 10% طول اصلی خود کشیده شود و قبل از شکستن می‌تواند به صورت پلاستیکی تا دو برابر طول خود کشیده شود. علاوه بر این، بزرگترین مقادیر مدول الاستیک برای پلیمرها به طور قابل توجهی کمتر از مقادیر برای سرامیک‌ها و فلزات است.

رابطه stress و strain با یکدیگر

ساده‌ترین راهی که Stress و strain با یکدیگر مرتبط هستند این است که یکی باعث دیگری می‌شود: stress باعث کرنش می‌شود. پارامتری که این رابطه را توصیف می‌کند، مدول یانگ است. راه دیگری که stress و strain با هم مرتبط هستند از طریق مدول الاستیک ماده است که معیاری از سفتی ماده است.

مدول الاستیک stress وارد شده به یک ماده را با کرنش حاصل مرتبط می‌کند. رابطه بین Stress و strain توسط قانون هوک توصیف می‌شود که بیان می‌کند stress وارد شده به یک ماده مستقیماً با strain حاصل متناسب است، تا زمانی که ماده به صورت الاستیک رفتار کند. این رابطه فقط تا حد الاستیک ماده معتبر است. از نظر ریاضی، این را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:

رابطه stress-strain

• جایی که:
  • 𝜎 تنش است
  • E مدول الاستیک است
  • 𝜀 کرنش است

لازم به ذکر است که قانون هوک فقط برای موادی که به صورت الاستیک رفتار می‌کنند اعمال می‌شود. آن‌ها هنگام برداشتن stress به شکل و اندازه اصلی خود باز می‌گردند. اگر ماده فراتر از حد الاستیک خود تحت stress قرار گیرد، تغییر شکل پلاستیکی را تجربه خواهد کرد و قانون هوک دیگر اعمال نمی‌شود.

منحنی stress-strain

منحنی stress-strain نمایش گرافیکی رابطه بین stress و strain در یک ماده است. این با قرار دادن یک نمونه از یک ماده تحت سطوح به تدریج افزایش‌یافته stress و اندازه‌گیری کرنش متناظر که در ماده رخ می‌دهد، به دست می‌آید.

دیاگرام‌های تنش-کرنش معمولاً برای تجزیه و تحلیل رفتار یک ماده در طول بارگذاری تا شکست استفاده می‌شوند. هر ماده یک الگوی منحنی stress-strain منحصر به فرد نشان می‌دهد که مهندسان طراحی می‌توانند از آن برای استخراج خواص مکانیکی مهم مانند استحکام، چقرمگی، کشسانی، نقطه تسلیم، انرژی کرنش، انعطاف‌پذیری و شکل‌پذیری استفاده کنند. این اطلاعات برای طراحی کاربردها و انجام عملیات مانند اکستروژن، نورد و خم‌کاری بسیار مهم است، زیرا امکان تعیین نیروهایی را که برای القای تغییر شکل پلاستیکی مورد نیاز هستند فراهم می‌کند.

منحنی stress-strain معمولاً دو بخش دارد: ناحیه الاستیک و ناحیه پلاستیک. در ناحیه الاستیک، ماده در پاسخ به stress وارد شده تغییر شکل می‌دهد، اما تغییر شکل دائمی نیست. ماده هنگام برداشتن stress به شکل و اندازه اصلی خود باز می‌گردد. رابطه بین Stress و strain در این ناحیه خطی است و شیب خط مدول یانگ یا مدول الاستیک ماده نامیده می‌شود.

در ناحیه پلاستیک، تغییر شکل مواد در پاسخ به stress وارد شده دائمی است، به این معنی که ماده هنگام برداشتن stress بهبود نمی‌یابد. رابطه بین stress و strain در این ناحیه غیرخطی است. این بستگی به خواص ماده مانند استحکام تسلیم، استحکام نهایی و شکل‌پذیری آن دارد.

تفسیر دیاگرام

دیاگرام stress-strain، نموداری است که رابطه بین stress اعمال شده به یک ماده و strain (تغییر شکل) حاصل از آن را نشان می‌دهد. این نمودار برای هر ماده منحصر به فرد است و اطلاعات ارزشمندی درباره رفتار ماده تحت بارگذاری ارائه می‌دهد.

مهمترین نکات قابل تفسیر از دیاگرام stress-strain عبارتند از:

• نقطه تسلیم: نقطه‌ای است که در آن ماده از رفتار الاستیک به رفتار پلاستیک تغییر می‌کند. به عبارت دیگر، اگر stress از این نقطه فراتر رود، ماده به حالت اولیه خود باز نخواهد گشت و تغییر شکل دائمی در آن ایجاد می‌شود.
• استحکام نهایی: حداکثر تنشی است که ماده می‌تواند تحمل کند. پس از رسیدن به این نقطه، ماده شروع به باریک شدن (necking) می‌کند و در نهایت می‌شکند.
• مدول یانگ: شیب قسمت خطی ابتدایی نمودار است و نشان‌دهنده سختی ماده است. هرچه مدول یانگ بیشتر باشد، ماده سخت‌تر است.
• ازدیاد طول نسبی در هنگام شکست: نسبت افزایش طول نمونه تا نقطه شکست به طول اولیه آن است.

تفسیر دیاگرام stress-strain در مواد مختلف

هر ماده‌ای دیاگرام stress-strain منحصر به فردی دارد که به ساختار اتمی، پیوندهای بین اتم‌ها و ناخالصی‌های موجود در آن بستگی دارد. به طور کلی، مواد را می‌توان به دو دسته اصلی مواد نرم و مواد ترد تقسیم کرد.

مواد نرم (Ductile Materials)

• منحنی: دارای ناحیه الاستیک مشخص، نقطه تسلیم مشخص و ناحیه پلاستیک طولانی است.
• تفسیر: این مواد قابلیت تغییر شکل پلاستیکی زیادی دارند و قبل از شکست، تغییر شکل قابل توجهی نشان می‌دهند. مثال: فولاد کم کربن.
• کاربردها: در مواردی که تغییر شکل پلاستیکی مورد نظر است مانند شکل‌دهی فلزات.

مواد ترد (Brittle Materials)

• منحنی: ناحیه الاستیک کوتاه و مستقیم دارد و به طور ناگهانی می‌شکند، بدون اینکه تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی نشان دهد.
• تفسیر: این مواد مقاومت کمی در برابر تغییر شکل پلاستیکی دارند و به راحتی می‌شکنند. مثال: چدن، شیشه.
• کاربردها: در موارعی که مقاومت در برابر شکست مهم‌تر از قابلیت تغییر شکل است.

مثال‌های مواد نرم و ترد و تفسیر دیاگرام stress-strain آن‌ها

برای درک بهتر تفاوت بین مواد نرم و ترد، بیایید دو مثال مشخص را بررسی کنیم:

1. مواد نرم: فولاد کم کربن

• دیاگرام stress-strain:
  • ناحیه الاستیک مشخصی دارد که در آن رابطه بین Stress و strain خطی است.
  • نقطه تسلیم مشخصی وجود دارد که نشان‌دهنده شروع تغییر شکل پلاستیک است.
  • پس از نقطه تسلیم، ناحیه پلاستیک طولانی‌ای وجود دارد که در آن ماده تغییر شکل قابل توجهی بدون افزایش قابل توجه stress نشان می‌دهد.
  • در نهایت، به نقطه استحکام نهایی می‌رسد و سپس با کاهش stress، نمونه می‌شکند.
• تفسیر:
  • فولاد کم کربن یک ماده نرم است و قبل از شکست، تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی از خود نشان می‌دهد.
  • ناحیه پلاستیک طولانی به مهندسان اجازه می‌دهد تا قطعات را به شکل‌های مختلفی درآورند، مانند کشش، خمکاری و شکل‌دهی.
  • نقطه تسلیم به مهندسان کمک می‌کند تا حد مجاز stress را برای اجتناب از تغییر شکل دائمی تعیین کنند.

2. مواد ترد: شیشه

• دیاگرام stress-strain:
  • ناحیه الاستیک کوتاه و مستقیم دارد.
  • نقطه تسلیم مشخصی وجود ندارد.
  • به طور ناگهانی و بدون هیچ گونه هشدار قبلی می‌شکند.
• تفسیر:
  • شیشه یک ماده ترد است و مقاومت کمی در برابر تغییر شکل پلاستیکی دارد.
  • به دلیل نبود ناحیه پلاستیک، شیشه در برابر ضربه بسیار حساس است و به راحتی می‌شکند.
  • شکست شیشه معمولاً به صورت ناگهانی و بدون هیچ گونه هشدار قبلی رخ می‌دهد.

مقایسه

ویژگی	فولاد کم کربن (نرم)	شیشه (ترد)
ناحیه الاستیک	طولانی	کوتاه
نقطه تسلیم	مشخص	مشخص نیست
ناحیه پلاستیک	طولانی	کوتاه (یا وجود ندارد)
رفتار قبل از شکست	تغییر شکل پلاستیکی قابل توجه	شکست ناگهانی
کاربردها	ساخت سازه‌ها، قطعات خودرو، تجهیزات صنعتی	پنجره‌ها، ظروف، عایق‌ها

جمع‌بندی:

• مواد نرم: قابلیت تغییر شکل پلاستیکی بالایی دارند و قبل از شکست، تغییر شکل قابل توجهی نشان می‌دهند.
• مواد ترد: مقاومت کمی در برابر تغییر شکل پلاستیکی دارند و به راحتی می‌شکنند.

توجه:

• این‌ها تنها دو مثال از مواد نرم و ترد هستند و بسیاری از مواد دیگر نیز وجود دارند که رفتار آن‌ها بین این دو حالت قرار می‌گیرد.
• شکل دقیق دیاگرام stress-strain به عوامل مختلفی مانند ترکیب شیمیایی، ساختار میکروسکوپی، دما و سرعت بارگذاری بستگی دارد.

عوامل موثر بر دیاگرام stress-strain

• سرعت بارگذاری: با افزایش سرعت بارگذاری، مقاومت نهایی ماده افزایش می‌یابد.
• دما: با افزایش دما، استحکام مواد کاهش می‌یابد.
• ناخالصی‌ها: وجود ناخالصی‌ها در ماده می‌تواند بر روی خواص مکانیکی آن و در نتیجه بر شکل دیاگرام تنش-کرنش تاثیر بگذارد.
• ساختار میکروسکوپی: ساختار دانه‌ای، اندازه دانه‌ها و جهت‌گیری دانه‌ها در یک ماده بر رفتار آن تحت بارگذاری تاثیر می‌گذارد.

کاربردهای دیاگرام stress-strain

• انتخاب مواد: با بررسی دیاگرام تنش-کرنش مواد مختلف، می‌توان ماده مناسب برای یک کاربرد خاص را انتخاب کرد.
• طراحی سازه‌ها: با استفاده از اطلاعات حاصل از دیاگرام stress-strain، می‌توان سازه‌هایی را طراحی کرد که بتوانند بارهای وارده را تحمل کنند.
• کنترل کیفیت: با مقایسه دیاگرام stress-strain مواد تولید شده با دیاگرام استاندارد، می‌توان کیفیت مواد را کنترل کرد.

توجه: تفسیر دقیق دیاگرام stress-strain نیاز به دانش تخصصی در زمینه مکانیک مواد دارد. برای تحلیل دقیق‌تر این نمودارها، بهتر است از نرم‌افزارهای مهندسی مانند ABAQUS یا ANSYS استفاده شود.

سوالات متداول(FAQ)

خلاصه

این مقاله تنش در مقابل کرنش را ارائه کرد، هر کدام را توضیح داد و تفاوت‌های کلیدی آن‌ها را مورد بحث قرار داد.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی Digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/materials/stress-vs-strain

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.