در مکانیک مواد، استحکام یک ماده توانایی آن در تحمل بار اعمال شده بدون شکست یا تغییر شکل پلاستیک است. استحکام مواد رابطه بین بارهای خارجی اعمال شده به یک ماده و تغییر شکل یا تغییر در ابعاد مواد را در نظر می گیرد. در طراحی سازه ها و ماشین آلات، توجه به این عوامل بسیار مهم است تا ماده انتخاب شده از استحکام کافی برای مقاومت در برابر بارها یا نیروهای وارده برخوردار باشد و شکل اولیه خود را حفظ کند. استحکام یک ماده توانایی آن در تحمل این بار اعمال شده بدون شکست یا تغییر شکل پلاستیک است.
با این حال، باید توجه داشته باشیم که باری که یک جزء کوچک را تغییر شکل می دهد، کمتر از بار برای تغییر شکل یک جزء بزرگتر از همان ماده خواهد بود. بنابراین، بار (نیرو) اصطلاح مناسبی برای مقاومت نیست . در عوض، می‌توانیم از نیروی (بار) در واحد سطح (σ = F/A) به نام تنش استفاده کنیم ، که ثابت است (تا زمانی که تغییر شکل رخ دهد) برای یک ماده معین بدون توجه به اندازه جزء جزء. در این مفهوم، کرنش نیز یک متغیر بسیار مهم است زیرا تغییر شکل یک جسم را تعریف می کند. به طور خلاصه، رفتار مکانیکی جامدات معمولاً با روابط تنش-کرنش سازنده تعریف می‌شود. اگر تنش تابع خطی کرنش باشد، تغییر شکل الاستیک نامیده می شود. به عبارت دیگر، تنش و کرنش از قانون هوک پیروی می کنند . فراتر از ناحیه خطی، تنش و کرنش رفتار غیرخطی نشان می دهند. این رفتار غیر ارتجاعی تغییر شکل پلاستیک نامیده می شود.
فشار
در علم مکانیک و مواد، تنش (که با حروف کوچک یونانی سیگما – σ نشان داده می شود ) یک کمیت فیزیکی است که بیانگر نیروهای داخلی است که ذرات همسایه یک ماده پیوسته بر یکدیگر اعمال می کنند. در عین حال، کرنش معیار تغییر شکل ماده است که یک کمیت فیزیکی نیست.
اگرچه اندازه گیری شدت این تنش غیرممکن است، اما بار خارجی و ناحیه ای که به آن وارد می شود قابل اندازه گیری است. تنش (σ) را می توان با بار در واحد سطح یا نیروی (F) اعمال شده در هر سطح مقطع (A) عمود بر نیرو معادل کرد:
هنگامی که فلزی تحت بار (نیروی) قرار می گیرد، تغییر شکل داده یا تغییر شکل می یابد، مهم نیست که فلز چقدر قوی باشد یا بار سبک باشد. اگر بار کوچک باشد، احتمالاً با برداشتن بار، اعوجاج از بین می رود. شدت یا درجه اعوجاج به عنوان کرنش شناخته می شود . اگر تنش تابع خطی کرنش باشد، تغییر شکل الاستیک نامیده می شود . به عبارت دیگر، تنش و کرنش از قانون هوک پیروی می کنند . فراتر از ناحیه خطی، تنش و کرنش رفتار غیرخطی نشان می دهند. این رفتار غیر ارتجاعی تغییر شکل پلاستیک نامیده می شود .
تنش مقاومت داخلی یا نیروی متقابل یک ماده در برابر تأثیرات انحرافی یک نیرو یا بار خارجی است. این نیروهای متقابل تمایل دارند اتم ها را به موقعیت طبیعی خود بازگردانند. کل مقاومت ایجاد شده برابر با بار خارجی است.
انواع استرس
تنش ها در هر ماده ای که تحت بار یا نیروی اعمالی قرار می گیرد، رخ می دهد. انواع مختلفی از استرس وجود دارد ، اما همه آنها را می توان به طور کلی در یکی از شش دسته طبقه بندی کرد:
- تنش های سازه ای تنش هایی هستند که در اعضای سازه به دلیل وزنه هایی که تحمل می کنند ایجاد می شود. وزنه ها بارگذاری را فراهم می کنند. این تنش ها در شالوده ها و چارچوب های ساختمان و همچنین در قطعات ماشین آلات وجود دارد.
- تنش های پسماند تنش های ناشی از فرآیندهای تولید هستند. این نوع تنش پس از رفع عامل اصلی تنش در یک ماده جامد باقی می ماند. به عنوان مثال، جوشکاری تنش های پسماند را در فلزات جوش داده شده باقی می گذارد. گرمای حاصل از جوشکاری ممکن است باعث انبساط موضعی شود که در حین جوشکاری توسط فلز مذاب یا قرار دادن قطعات در حال جوش گرفته می شود.
- تنش‌های فشاری تنش‌هایی هستند که در مخازن حاوی مواد تحت فشار ایجاد می‌شوند و بارگذاری توسط همان نیرویی که فشار ایجاد می‌کند تأمین می‌شود . مخزن راکتور نمونه بارز مخزن تحت فشار در تاسیسات راکتور است. یکی از مسائل ایمنی که یک مشکل درازمدت ناشی از پیری تاسیسات هسته ای است، شوک حرارتی تحت فشار (PTS) است . PTS ضربه ای است که توسط یک کشتی با دیواره ضخیم به دلیل تنش های ترکیبی ناشی از تغییر سریع دما و/یا فشار تجربه می شود.
- تنش های حرارتی زمانی وجود دارد که گرادیان های دما در یک ماده وجود داشته باشد و دماهای مختلف انبساط های متفاوتی ایجاد می کنند و مواد را تحت تنش داخلی قرار می دهند. این نوع تنش به‌ویژه در مکانیسم‌هایی که در دماهای بالا که توسط یک سیال سرد خنک می‌شوند، قابل توجه است. یکی از مسائل ایمنی که یک مشکل درازمدت ناشی از پیری تاسیسات هسته ای است، شوک حرارتی تحت فشار (PTS) است. PTS ضربه ای است که توسط یک کشتی با دیواره ضخیم به دلیل تنش های ترکیبی ناشی از تغییر سریع دما و/یا فشار تجربه می شود.
- تنش‌های جریان زمانی اتفاق می‌افتند که توده‌ای از سیال جاری فشار دینامیکی را بر روی دیواره مجرا ایجاد کند. نیروی برخورد سیال به دیوار به عنوان بار عمل می کند . این نوع تنش ممکن است به صورت ناپایدار زمانی که نرخ جریان در نوسان است اعمال شود. چکش آبی نمونه ای از تنش جریان گذرا است. چکش آب در یک لوله یا لوله، یک افزایش فشار ناشی از تغییر ناگهانی سرعت جریان است. و انرژی سرعت به انرژی فشار تبدیل می شود.
- استرس های خستگی خستگی عبارت است از تضعیف یک ماده ناشی از بارگذاری چرخه ای که منجر به آسیب ساختاری پیشرونده و موضعی و رشد ترک ها می شود. هنگامی که یک ترک شروع شد، هر چرخه بارگذاری مقدار کمی ترک را رشد می دهد. تنش ها می تواند به دلیل ارتعاش یا چرخه حرارتی باشد.
استرس کاربردی
از نقطه نظر داخلی، شدت تنش در بدنه یک جزء به عنوان یکی از سه نوع بار اصلی داخلی بیان می شود: کشش، فشار و برش . در عمل مهندسی، بسیاری از بارها به جای برشی خالص، پیچشی هستند. از نظر ریاضی، تنها دو نوع بار داخلی وجود دارد، زیرا تنش کششی و فشاری ممکن است به عنوان نسخه های مثبت و منفی یک نوع بارگذاری معمولی در نظر گرفته شود.
- تنش کششی . یکی از متداول ترین تست های مکانیکی تنش-کرنش در کشش انجام می شود. تنش کششی آن نوع تنش است که در آن دو بخش ماده در دو طرف سطح تنش تمایل به جدا شدن یا کشیده شدن دارند. ظرفیت یک ماده یا سازه برای مقاومت در برابر بارهایی که تمایل به کشیده شدن دارند به عنوان مقاومت کششی نهایی (UTS) شناخته می شود . استحکام کششی نهایی با حداکثر تنشی که یک ماده می تواند در حین کشش یا کشیده شدن قبل از شکستن تحمل کند، اندازه گیری می شود. در مطالعه مقاومت مصالح، مقاومت کششی، مقاومت فشاری و مقاومت برشی را می توان به طور مستقل تجزیه و تحلیل کرد. از آنجایی که بارهای کششی و فشاری تنش هایی را ایجاد می کنند که در یک صفحه در جهت عمود بر صفحه (عادی) عمل می کنند، تنش های کششی و فشاری را تنش های نرمال می نامند .
- تنش فشاری . تنش فشاری معکوس تنش کششی است. قسمت های مجاور ماده تمایل دارند از طریق یک صفحه تنش معمولی به یکدیگر فشار بیاورند. تنش فشاری به میله ها، ستون ها و غیره منجر به کوتاه شدن می شود. تنش فشاری مشابه تنش کششی تعریف می شود، اما مقادیر منفی برای بیان تراکم دارد زیرا دلتا L جهت مخالف دارد. می توان تنش فشاری را تا رسیدن به مقاومت فشاری افزایش داد. سپس مواد با رفتار انعطاف پذیر یا با شکست در مورد مواد شکننده واکنش نشان می دهند. از آنجایی که بارهای کششی و فشاری تنش هایی را ایجاد می کنند که در یک صفحه در جهت عمود بر صفحه (عادی) عمل می کنند، تنش های کششی و فشاری را تنش های نرمال می نامند . توانایی یک ماده در واکنش به تنش فشاری یا فشار را تراکم پذیری می گویند.
تنش برشی . تنش برشی زمانی وجود دارد که دو قسمت از مواد در هر صفحه معمولی برشی با اعمال نیرویی موازی با آن صفحه، روی یکدیگر بلغزند. پیچش نوعی برش خالص است که در آن یک عضو سازه پیچ خورده است. نیروهای پیچشی یک حرکت چرخشی حول محور طولی یک انتهای عضو نسبت به سر دیگر ایجاد می کنند. تنش برشی نیز در طبیعت از اهمیت زیادی برخوردار است که ارتباط نزدیکی با حرکت پایین شیب مواد زمین دارد (مانند بهمن).
نژاد
در علم مواد ، کرنش نیز متغیر بسیار مهمی است زیرا تغییر شکل یک جسم را تعریف می کند. بر خلاف تنش در یک جسم که نمی توانید آن را ببینید، تغییر شکل یک کمیت قابل مشاهده و قابل اندازه گیری است. هنگامی که یک میله کششی را می کشید، می توانید ببینید که طول میله از نظر فیزیکی افزایش می یابد (یا کشیده می شود). وقتی یک تیر را خم می کنید، آن را منحنی می بینید. تغییر شکل ها نشانگر مستقیم کرنش هستند. رفتار مکانیکی جامدات معمولاً با روابط ساختاری تنش-کرنش تعریف می شود. هنگامی که فلزی تحت بار (نیروی) قرار می گیرد، تغییر شکل داده یا تغییر شکل می یابد، مهم نیست که فلز چقدر قوی باشد یا بار سبک باشد. اگر بار کوچک باشد، احتمالاً با برداشتن بار، اعوجاج از بین می رود. به چنین تغییر ابعادی متناسب (شدت یا درجه اعوجاج) کرنش می گویند . با توجه به تنش اعمال شده، آن را به عنوان تغییر شکل کل ماده (ازدیاد طول) در هر طول مرجع اندازه گیری می شود.
در مکانیک مواد می توان دو نوع اصلی کرنش را تعریف کرد:
- سویه های معمولی یک کرنش معمولی از تنش کششی ناشی می شود و کرنشی است که از جابجایی های نسبی محاسبه می شود که عمود بر دو صفحه مرجع اندازه گیری می شود. کرنش های معمولی حرکت عمودی نسبی یک صفحه مرجع را برای دیگری اندازه می گیرند. نماد کرنش معمولی معمولاً نماد یونانی کوچک epsilon (ε) است.
- کرنش های برشی. یک کرنش برشی از تنش برشی حاصل می‌شود و این کرنشی است که از جابجایی‌های نسبی محاسبه می‌شود که به موازات دو صفحه مرجع اندازه‌گیری می‌شوند. کرنش های برشی حرکت موازی نسبی یک صفحه مرجع برای دیگری را اندازه گیری می کنند. نماد کرنش برشی معمولاً نماد یونانی گامای کوچک (γ) است.
تغییر شکل
تغییر شکل میزان تغییر شکل یک جسم از ابعاد یا اندازه اصلی خود را در جهت معین اندازه می‌گیرد. بسته به تغییر شکلی که اندازه گیری می کنید، می توانید انواع مختلف کرنش را محاسبه کنید.
اگر تنش تابع خطی کرنش باشد، تغییر شکل الاستیک نامیده می شود. به عبارت دیگر، تنش و کرنش از قانون هوک پیروی می کنند . فراتر از ناحیه خطی، تنش و کرنش رفتار غیرخطی از خود نشان می دهند و این رفتار غیر کشسان را تغییر شکل پلاستیک می نامند.
تغییر شکل الاستیک . تغییر شکل الاستیک و کرنش الاستیک یک تغییر ابعادی گذرا است که تنها در زمانی که تنش آغازگر اعمال می شود وجود دارد و بلافاصله پس از حذف تنش ناپدید می شود. هنگامی که فلزی تحت بار (نیروی) قرار می گیرد، تغییر شکل داده یا تغییر شکل می یابد، مهم نیست که فلز چقدر قوی باشد یا بار سبک باشد. این تغییر شکل ممکن است دائمی باشد یا نباشد. تا تنش محدود ، یک بدن قادر خواهد بود ابعاد خود را با برداشتن بار بازیابی کند. تنش های اعمال شده باعث می شود اتم ها در یک بلور از موقعیت تعادل خود حرکت کنند و همه اتم ها به همان میزان جابجا شوند و همچنان هندسه نسبی خود را حفظ کنند. هنگامی که تنش ها حذف می شوند، همه اتم ها به موقعیت اولیه خود باز می گردند و هیچ تغییر شکل دائمی رخ نمی دهد.
تغییر شکل پلاستیک تغییر شکل پلاستیک و کرنش پلاستیک یک تغییر ابعادی است که با حذف تنش آغازگر از بین نمی رود. در صورت تجاوز از بار محدود کننده، بدنه با برداشتن بار دچار تغییر شکل دائمی می شود. تغییر شکل پلاستیک در اجسام مادی پس از رسیدن تنش ها به مقدار آستانه ای به نام حد الاستیک یا تنش تسلیم و ناشی از مکانیسم های لغزش یا جابجایی در سطح اتمی رخ می دهد.
منحنی تنش-کرنش
استحکام مواد رابطه بین بارهای خارجی اعمال شده به یک ماده و تغییر شکل یا تغییر در ابعاد مواد را در نظر می گیرد. در طراحی سازه ها و ماشین آلات، توجه به این عوامل بسیار مهم است تا ماده انتخاب شده از استحکام کافی برای مقاومت در برابر بارها یا نیروهای وارده برخوردار باشد و شکل اولیه خود را حفظ کند. استحکام یک ماده توانایی آن در تحمل این بار اعمال شده بدون شکست یا تغییر شکل پلاستیک است.
با این حال، باید توجه داشته باشیم که باری که یک جزء کوچک را تغییر شکل می دهد، کمتر از بار برای تغییر شکل یک جزء بزرگتر از همان ماده خواهد بود. بنابراین، بار (نیرو) اصطلاح مناسبی برای مقاومت نیست . در عوض، می‌توانیم از نیروی (بار) در واحد سطح (σ = F/A) به نام تنش استفاده کنیم ، که ثابت است (تا زمانی که تغییر شکل رخ دهد) برای یک ماده معین بدون توجه به اندازه جزء جزء. در این مفهوم، کرنش نیز یک متغیر بسیار مهم است زیرا تغییر شکل یک جسم را تعریف می کند. به طور خلاصه، رفتار مکانیکی جامدات معمولاً با روابط تنش-کرنش سازنده تعریف می‌شود. اگر تنش تابع خطی کرنش باشد، تغییر شکل الاستیک نامیده می شود. به عبارت دیگر، تنش و کرنش از قانون هوک پیروی می کنند . فراتر از ناحیه خطی، تنش و کرنش رفتار غیرخطی نشان می دهند. این رفتار غیر ارتجاعی تغییر شکل پلاستیک نامیده می شود.
یک نمودار شماتیک برای منحنی تنش-کرنش فولاد کم کربن در دمای اتاق در شکل نشان داده شده است. چندین مرحله رفتارهای متفاوتی را نشان می دهد که نشان دهنده خواص مکانیکی متفاوتی است. مواد ممکن است یک یا چند مرحله نشان داده شده در شکل را از دست بدهند یا مراحل مختلفی برای روشن شدن داشته باشند. در این مورد، ما باید بین ویژگی های تنش-کرنش مواد شکل پذیر و شکننده تمایز قائل شویم . نکات زیر مناطق مختلف منحنی تنش-کرنش و اهمیت چندین مکان خاص را توصیف می‌کنند.
- حد متناسب . حد متناسب مربوط به محل تنش در انتهای ناحیه خطی است، بنابراین نمودار تنش-کرنش یک خط مستقیم است و شیب برابر با مدول الاستیک ماده خواهد بود. برای تنش کششی و فشاری، شیب بخشی از منحنی که تنش متناسب با کرنش است ، مدول یانگ نامیده می‌شود و قانون هوک اعمال می‌شود. بین حد متناسب و نقطه تسلیم، قانون هوک مشکوک می شود و کرنش با سرعت بیشتری افزایش می یابد.
نقطه تسلیم نقطه تسلیم نقطه روی منحنی تنش-کرنش است که حد رفتار الاستیک و رفتار پلاستیک اولیه را نشان می‌دهد. استحکام تسلیم یا تنش تسلیم خاصیت ماده است که به عنوان تنشی که در آن ماده شروع به تغییر شکل پلاستیکی می کند تعریف می شود. در مقابل، نقطه تسلیم جایی است که تغییر شکل غیرخطی (الاستیک + پلاستیک) شروع می شود. قبل از نقطه تسلیم، ماده به صورت ارتجاعی تغییر شکل داده و با حذف تنش وارده به شکل اولیه خود باز می گردد. پس از عبور از نقطه تسلیم، بخشی از تغییر شکل دائمی و غیر قابل برگشت خواهد بود. برخی از فولادها و مواد دیگر رفتاری را نشان می دهند که پدیده نقطه تسلیم نامیده می شود. استحکام تسلیم از 35 مگاپاسکال برای آلومینیوم کم استحکام تا بیش از 1400 مگاپاسکال برای فولاد با مقاومت بالا متغیر است.- استحکام کششی نهایی . استحکام کششی نهایی حداکثر در منحنی تنش-کرنش مهندسی است. این مربوط به حداکثر تنش تحمل شده توسط یک سازه در کشش است. استحکام کششی نهایی اغلب به “استحکام کششی” یا “نهایی” کوتاه می شود. اگر این استرس اعمال شود و حفظ شود، شکستگی ایجاد می شود. اغلب، این مقدار به طور قابل توجهی بیشتر از تنش تسلیم است (50 تا 60 درصد بیشتر از تسلیم برخی از انواع فلزات). هنگامی که یک ماده انعطاف پذیر به استحکام نهایی خود می رسد، در جایی که سطح مقطع به صورت موضعی کاهش می یابد، گردنی را تجربه می کند. منحنی تنش-کرنش دارای تنش بالاتر از مقاومت نهایی نیست. حتی اگر تغییر شکل ها می توانند به افزایش خود ادامه دهند، استرس معمولاً پس از دستیابی به استحکام نهایی کاهش می یابد. این یک ملک فشرده است; بنابراین مقدار آن به اندازه نمونه آزمایشی بستگی ندارد. با این حال، این امر به عوامل دیگری مانند آماده سازی نمونه، وجود یا عدم وجود عیوب سطحی و دمای محیط آزمایش و مواد بستگی دارد. استحکام کششی نهایی از 50 مگاپاسکال برای آلومینیوم تا 3000 مگاپاسکال برای فولاد بسیار با مقاومت متفاوت است.
- نقطه شکست : نقطه شکست نقطه کرنشی است که در آن مواد از نظر فیزیکی جدا می شوند. در این نقطه، کرنش به حداکثر مقدار خود می رسد و ماده شکسته می شود، حتی اگر تنش مربوطه ممکن است کمتر از مقاومت نهایی در این نقطه باشد. مواد انعطاف پذیر دارای استحکام شکستی کمتر از مقاومت کششی نهایی (UTS) هستند، در حالی که، در مواد شکننده، استحکام شکست معادل UTS است. اگر یک ماده انعطاف پذیر در یک موقعیت تحت کنترل بار به مقاومت کششی نهایی خود برسد، بدون اعمال بار اضافی به تغییر شکل خود ادامه می دهد تا زمانی که پاره شود. با این حال، اگر بارگذاری با جابجایی کنترل شود، تغییر شکل ماده ممکن است بار را کاهش داده و از پارگی جلوگیری کند.
در بسیاری از موقعیت ها، از مقاومت تسلیم برای شناسایی تنش مجاز که یک ماده می تواند در معرض آن قرار گیرد، استفاده می شود. این معیار برای قطعاتی که باید فشارهای بالا را تحمل کنند، مانند آنهایی که در راکتورهای آب تحت فشار (PWR) استفاده می‌شوند، کافی نیست. تئوری حداکثر تنش برشی شکست در آیین نامه ASME (انجمن مهندسین مکانیک آمریکا) بویلر و مخزن تحت فشار، بخش III، قوانین ساخت مخازن تحت فشار هسته ای برای پوشش این موقعیت ها گنجانده شده است. این تئوری بیان می‌کند که شکست یک جزء لوله‌کشی زمانی اتفاق می‌افتد که حداکثر تنش برشی از تنش برشی در نقطه تسلیم در آزمایش کشش بیشتر شود.
انعطاف پذیر در مقابل شکننده – منحنی تنش-کرنش
برخی از مواد به شدت، بدون تغییر شکل پلاستیک، در یک شکست شکننده شکسته می شوند. برخی دیگر که انعطاف پذیرتر هستند، از جمله بیشتر فلزات، قبل از شکستگی دچار تغییر شکل پلاستیک و احتمالاً گردن شدن می شوند. می توان برخی از ویژگی های مشترک را در میان منحنی های تنش-کرنش گروه های مختلف مواد تشخیص داد. بر این اساس می توان مواد را به دو دسته کلی تقسیم کرد. برای مثال:
- مواد انعطاف پذیر . شکل پذیری توانایی یک ماده برای کشیده شدن در کشش است. مواد انعطاف پذیر بیشتر از مواد شکننده تغییر شکل می دهند (کشیده می شوند). مواد انعطاف پذیر قبل از شکست تغییر شکل زیادی از خود نشان می دهند. در شکستگی انعطاف پذیر، تغییر شکل پلاستیکی (گردنی) گسترده قبل از شکستگی صورت می گیرد. شکست داکتیل (شکست برشی) بهتر از شکست ترد است زیرا انتشار آهسته و جذب مقدار زیادی انرژی قبل از شکست وجود دارد. شکل پذیری در دمای بالا و کاربردهای فشار بالا در نیروگاه های راکتور به دلیل تنش های اضافی روی فلزات مطلوب است. شکل پذیری بالا در این کاربردها به جلوگیری از شکستگی شکننده کمک می کند.
- مواد شکننده هنگامی که در معرض تنش قرار می گیرند، مواد شکننده با تغییر شکل الاستیک کمی و بدون تغییر شکل پلاستیک قابل توجه می شکنند. مواد شکننده انرژی نسبتا کمی را قبل از شکست جذب می کنند، حتی مواد با استحکام بالا. در شکستگی شکننده (شکاف ترانس دانه)، هیچ تغییر شکل پلاستیکی ظاهری قبل از شکستگی رخ نمی دهد و ترک ها به سرعت منتشر می شوند.
شکل زیر یک منحنی تنش-کرنش معمولی از مواد انعطاف پذیر و شکننده را نشان می دهد. مواد انعطاف پذیر ماده ای با استحکام کم است و ناحیه پلاستیکی آن عالی است. این ماده قبل از شکست، فشار (تغییر شکل) بیشتری را تحمل می کند. یک ماده شکننده ماده ای است که ناحیه پلاستیکی آن کوچک است و استحکام مواد زیاد است. آزمون کشش سه واقعیت توصیفی را در مورد یک ماده ارائه می دهد. اینها تنشی هستند که در آن تغییر شکل پلاستیک قابل مشاهده یا “تسلیم” شروع می شود. استحکام کششی نهایی یا حداکثر شدت باری که می توان در کشش حمل کرد. و درصد کشیدگی یا کرنش (میزان کشش مواد) و درصد کاهش سطح مقطع ناشی از کشش. همچنین می توان نقطه پارگی یا شکستگی را تعیین کرد.
سخت شدن کرنش
یکی از مراحل منحنی تنش-کرنش ، ناحیه سخت شدن کرنش است . این ناحیه زمانی شروع می شود که کرنش از نقطه تسلیم فراتر می رود و به نقطه استحکام نهایی پایان می یابد، حداکثر تنش نشان داده شده در منحنی تنش-کرنش. در این منطقه، تنش عمدتاً با دراز شدن مواد افزایش می‌یابد، با این تفاوت که در ابتدا یک ناحیه تقریباً صاف وجود دارد. سخت شدن کرنش را سخت کاری یا کار سرد نیز می گویند . این کار سرد نامیده می شود زیرا تغییر شکل پلاستیک باید در دمایی به اندازه کافی پایین رخ دهد که اتم ها نتوانند خود را دوباره مرتب کنند. این فرآیند سخت‌تر و قوی‌تر کردن فلز از طریق تغییر شکل پلاستیک است. هنگامی که یک فلز به صورت پلاستیک تغییر شکل می‌دهد، نابجایی‌ها حرکت می‌کنند و دررفتگی‌های اضافی ایجاد می‌شوند. اگر اتم‌های یکی از صفحات اطراف پیوندهای خود را بشکنند و با اتم‌های لبه انتهایی پیوند مجدد پیدا کنند، نابجایی‌ها می‌توانند حرکت کنند. چگالی نابجایی در فلز با تغییر شکل یا کار سرد به دلیل تکثیر نابجایی یا تشکیل نابجایی های جدید افزایش می یابد. هرچه نابجایی های درون یک ماده بیشتر باشد، بیشتر برهم کنش می کنند و سنجاق یا درهم می شوند. این امر باعث کاهش تحرک دررفتگی ها و تقویت مواد می شود.
قانون هوک
اکثر مواد پلی کریستالی یک رابطه تقریبا ثابت بین تنش و کرنش در محدوده الاستیک خود دارند. در سال 1678 یک دانشمند انگلیسی به نام رابرت هوک آزمایش هایی را انجام داد که داده هایی را ارائه کرد که نشان می داد کرنش متناسب با تنش در محدوده الاستیک مواد است. رابرت هوک به این نتیجه رسید که نیروی F در هر فنر متناسب با امتداد (تغییر شکل از حالت شل) x به شرح زیر است:
F = k · x
که در آن عبارت k سختی فنر و x در مقایسه با کل تغییر شکل ممکن فنر کوچک است. در نهایت زمانی که نیروها از حدی فراتر رفتند، باید از کار بیفتند، زیرا هیچ ماده ای نمی تواند فراتر از یک حداقل اندازه معین فشرده شود یا بیش از اندازه حداکثر کشیده شود، بدون تغییر شکل دائمی یا تغییر حالت.
در مورد تنش کششی یک میله یکنواخت (منحنی تنش-کرنش)، قانون هوک رفتار یک میله را در ناحیه الاستیک توصیف می کند. در این ناحیه، ازدیاد طول میله با نیروی کششی و طول میله نسبت مستقیم و با سطح مقطع و مدول الاستیسیته نسبت معکوس دارد . تا تنش محدود، یک بدن قادر خواهد بود ابعاد خود را با برداشتن بار بازیابی کند. تنش های اعمال شده باعث می شود اتم ها در یک بلور از موقعیت تعادل خود حرکت کنند و همه اتم ها به همان میزان جابجا شوند و همچنان هندسه نسبی خود را حفظ کنند. هنگامی که تنش ها حذف می شوند، همه اتم ها به موقعیت اولیه خود باز می گردند و هیچ تغییر شکل دائمی رخ نمی دهد. طبق قانون هوک، تنش متناسب با کرنش (در ناحیه کشسان) است و شیب مدول یانگ است .
ما می‌توانیم همین ایده مربوط به تنش به کرنش را به کاربردهای برشی در ناحیه خطی، ارتباط تنش برشی به کرنش برشی برای ایجاد قانون هوک برای تنش برشی گسترش دهیم :
برای مواد همسانگرد در ناحیه الاستیک، می‌توانید نسبت پواسون (ν)، مدول الاستیسیته یانگ (E) و مدول الاستیسیته برشی (G) را به هم مرتبط کنید:
مدول الاستیک مربوط به مواد پلی کریستالی:
مدول الاستیسیته یانگ مدول الاستیسیته یانگ مدول الاستیک برای تنش کششی و فشاری در رژیم الاستیسیته خطی یک تغییر شکل تک محوری است و معمولاً با آزمایش‌های کششی ارزیابی می‌شود.- مدول برشی الاستیسیته. مدول برشی یا مدول صلبیت، از پیچش یک قطعه آزمایشی استوانه ای به دست می آید که واکنش ماده به تنش برشی را توصیف می کند. نماد آن G است. مدول برشی یکی از چندین کمیت برای اندازه گیری سفتی مواد است و در قانون هوک تعمیم یافته به وجود می آید.
- مدول الاستیسیته توده ای. مدول الاستیسیته حجمی، خاصیت ارتجاعی حجمی یا تمایل یک جسم به تغییر شکل در تمام جهات در هنگام بارگذاری یکنواخت در همه جهات را توصیف می کند. به عنوان مثال، پاسخ الاستیک به فشار هیدرواستاتیک و کشش متساوی الاضلاع (مانند فشار در کف اقیانوس یا یک استخر عمیق) را توصیف می کند. همچنین خاصیت ماده ای است که پاسخ الاستیک به اعمال تنش را تعیین می کند. برای یک سیال، تنها مدول حجمی معنادار است.