Curva tensión-deformación, Materiales dúctiles

La relación entre el estrés y la tensión que aparece un material en particular se conoce como curva de esfuerzo-deformación de dicho material. Es única para cada material y se encuentra mediante el registro de la cantidad de deformación a intervalos distintos de carga de tracción o de compresión. Estas curvas ponen de manifiesto muchas de las propiedades de un material.

Curvas de tensión-deformación de diversos materiales varían ampliamente, y diferentes ensayos de tracción realizados en el mismo material producen resultados diferentes, dependiendo de la temperatura de la muestra y la velocidad de la carga. Es posible, sin embargo, distinguir algunas características comunes entre las curvas de esfuerzo-deformación de los diversos grupos de materiales y, sobre esta base, para dividir materiales en dos grandes categorías, a saber, los materiales dúctiles y los materiales quebradizos. Considere la posibilidad de una barra de sección transversal A está sometido a fuerzas iguales y opuestas F tirando de los extremos. Si esto fuera una cuerda, diríamos que está experimentando una fuerza de tensión. Tomando este concepto más, se dice que el bar está en tensión, y está experimentando un estrés que se define como la relación de la fuerza a la zona de la sección transversal

Estrés = F/A

Este estrés se llama la tensión de tracción debido a que cada parte del objeto se somete a una tensión. La unidad SI de presión es el newton por metro cuadrado, que se llama Pascal 1 Pascal = 1 Pa = 1 N/m2

Tensión de corte y deformación

Consideremos ahora una fuerza que se aplica tangencialmente a un objeto

La relación de la fuerza de cizallamiento a la zona A se llama la tensión de cizallamiento

Si el objeto se tuerce a través de un ángulo q, a continuación, la cepa es

Shear Strain = tan q Por último, se puede definir el módulo de corte, MS, como

El módulo de cizallamiento se conoce también como el módulo de torsión

Materiales dúctiles

Materiales dúctiles, que incluye acero estructural, así como muchas aleaciones de otros metales, se caracterizan por su capacidad para producir a temperaturas normales.

Acero bajo en carbono generalmente exhibe una relación de tensión-deformación muy lineal hasta un límite de elasticidad bien definida. La porción lineal de la curva es la región elástica y la pendiente es el módulo de elasticidad o módulo de Young. Después de que el límite de elasticidad, la curva normalmente disminuye ligeramente debido a las dislocaciones que escapan de atmósferas Cottrell. Como la deformación continúa, la tensión aumenta en la cuenta de endurecimiento por deformación hasta que se alcanza la resistencia a la rotura. Hasta este punto, el área de sección transversal disminuye de manera uniforme debido a contracciones de Poisson. El punto de ruptura real se encuentra en la misma línea vertical que el punto de ruptura visual.

Sin embargo, más allá de este punto de un cuello se forma donde el área de sección transversal locales disminuye más rápidamente que el resto de la muestra resultante en un aumento en la tensión verdadera. Como se muestra en la figura 2, en una curva de tensión-deformación de ingeniería esto es visto como una disminución en el estrés aparente. Sin embargo, si la curva se traza en términos de estrés real y la deformación real la tensión seguirá aumentando hasta el fallo. Finalmente, el cuello se vuelve inestable y se rompe el espécimen.

Los materiales menos dúctiles como el aluminio y el medio a los aceros de alto carbono no tienen un point.There rendimiento bien definida son por lo general dos tipos de puntos de rendimiento, superior y el punto de menor rendimiento. Para estos materiales la resistencia a la fluencia se determina típicamente por el "método de fluencia desplazada", por el cual se traza una línea paralela a la parte elástica lineal de la curva y que corta el eje de abscisas en algún valor arbitrario. La intersección de esta línea y la curva de tensión-deformación se presenta como el punto de fluencia. La región elástica es la parte de la curva donde el material volverá a su forma original si se retira la carga. La región plástica es la parte en la que se producirá una deformación permanente, incluso si se retira la carga. Punto de fracaso es cuando se rompe el objeto.

Los materiales frágiles, que incluye hierro fundido, vidrio y piedra, se caracterizan por el hecho de que la ruptura se produce sin ningún cambio antes de notable en la tasa de elongación.

Los materiales frágiles como el hormigón o fibra de carbono no tienen un límite de elasticidad, y no endurecen por deformación. Por lo tanto la resistencia a la rotura y resistencia a la rotura son los mismos. Una curva típica de esfuerzo-deformación se muestra en la figura 3. Materiales frágiles típicos como el vidrio no muestran ninguna deformación plástica, pero fallan mientras que la deformación es elástica. Una de las características de una rotura frágil es que las dos partes rotas pueden ser reensambladas para producir la misma forma que el componente original, ya que no habrá formación de un cuello como en el caso de materiales dúctiles. Una curva de tensión-deformación típico para un material frágil será lineal. Pruebas de varios espécimen idéntico, de hierro fundido, o el suelo, resistencia a la tracción es insignificante en comparación con la resistencia a la compresión y se supone cero para muchas aplicaciones de ingeniería. Las fibras de vidrio tienen una resistencia a la tracción más fuerte que el acero, pero el vidrio grueso por lo general no es así. Esto es debido al factor de intensidad de tensiones asociados con defectos en el material. A medida que el tamaño de la muestra se hace más grande, el tamaño de los defectos también crece. En general, la resistencia a la tracción de una cuerda es siempre menor que la suma de la resistencia a la tracción de las fibras individuales.