Напруга і деформація

Для того щоб уявити собі наочно напруга і деформацію, слід розглянути натяг стрижня, виготовленого з конкретного матеріалу. Припустимо, що на стрижень буде діяти сила розтягування, або розтягуються навантаження. Під впливом цього навантаження стрижень розтягнеться.

Мал. 1.7.1. Зразок матеріалу у вигляді стрижня розтягується в напрямку поздовжньої осі

Зрозуміло, що якщо навантаження буде занадто високою, то стрижень може зруйнуватися (тобто, розірватися або деформуватися). Навантаження, при якій відбудеться руйнування стержня, є мірою міцності стрижня, проте не будь-якого, а того, який має певний розмір і виготовлений з конкретного матеріалу. Навантаження, вплив якої стрижень може витримати без руйнування, зросте при збільшенні діаметра стрижня, і знизиться при зменшенні його діаметра.

Довжина, на яку витягнеться стрижень до моменту руйнування, залежить від початкової довжини стержня: чим довше стрижень до початку випробування, тим більше він витягнеться. Таким чином, сила і подовження не є ідеальними способами оцінки механічних властивостей матеріалу. Для того, щоб подолати залежність результату випробування від розмірів випробовується стрижня, були введені такі характеристичні параметри, як напруга s, і деформація е, і їм даються такі визначення: Напруга - це сила, що діє на одиницю площі поперечного перерізу матеріалу. Деформація - це зміна розміру одиниці довжини, викликане додатком сили.

Таким чином, якщо ми будемо розтягувати стрижень, тобто, докладемо до нього силу F уздовж його довжини, то напруга а може бути описано формулою:

де А - площа поперечного перерізу стержня. Одиницями виміру напруги є ньютони на кв. метр = Н / м2 = Паскаль = Па.

У той же самий час, при впливі на стрижень сили F, довжина стержня зміниться від вихідної довжини до довжини розтягнутого стержня. Що виникла в результаті цього деформацію (відносну) можна описати формулою:

Цей параметр буде безрозмірним, оскільки при його підрахунку довжину ділять на довжину.

Існує можливість практично для будь-якого матеріалу виміряти розтягнення стрижня під дією сил різної величини, і побудувати криву залежності відносної деформації від напруги. Маючи таку інформацію, можна передбачити величину розтягування в залежності від прикладеної сили (навантаження) для стрижнів будь-якої довжини і з будь-якою площею поперечного перерізу. Більш того, можна порівняти реакцію різних матеріалів на додаток однакових за величиною розтягують навантажень.

Напруга і деформація не є властивостями матеріалу, але вони дозволяють визначити ряд механічних властивостей, які без цих характеристичних параметрів неможливо було б оцінити. На вище наведеному прикладі напруга виникло під впливом поздовжнього навантаження (тобто, навантаження, яке діє вздовж довжини стрижня), однак на практиці напрямок дії навантаження може бути будь-яким, і в більшості випадків на об'єкт буде впливати не одна, а кілька різних за величиною навантажень. Ці навантаження викликають виникнення складних напружень в зразку.

Існує три принципово різних типу напружень: напруги розтягнення, стиснення і зсуву. Ці типи напруг схематично зображені на Ріс.1.7.2.

Мал. 1.7.2. Три основні види напруг: (а) розтягнення; (Ь) стиснення; (С) зсуву

Навантаження на відновлений зуб передається через пломбу, що призводить до появи в відновному матеріалі напруг і деформацій. Якщо величини цих напруг і деформацій перевищують граничні значення, які може витримати даний матеріал, то в результаті може статися його руйнування.

Визначення деяких механічних властивостей

Типова крива напруга - деформація для металу, подібного латуні (сплаву міді з цинком), представлена ​​на Рис. 1.7.3. Ця крива може бути використана для оцінки деяких властивостей матеріалу.

Мал. 1.7.3. Крива напруга-деформація для пластичного (ковкого) металу (про - межа міцності при розтягуванні; про - міцність при руйнуванні; від - межа плинності; а - межа пропорційності)

Межа пружності і пластична деформація

Найважливішою особливістю механічної поведінки матеріалів є співвідношення між напругою і деформацією. З Рис. 1.7.3 випливає, що у латуні прямолінійна залежність між напругою і деформацією не зберігається протягом всієї кривої.

Ділянка кривої, де залежність між напругою і деформацією є лінійної, відома під назвою області лінійної пружності. У цій об ласті спостерігається пружна деформація. При знятті напруги в цій області, матеріал повертається до своєї первісної форми.

Місце, де крива почала відхилятися від линів ний, є точкою, в якій матеріал перейшов через свою межу пружності, і при знятті напруги залишиться деформованим, тобто не збереже свою вихідну форму. Це явище називається пластичною деформацією, а область на графіку - областю пластичної деформації.

Основи стоматологічного матеріалознавства
Річард ван нурт