Πλαστική παραμόρφωση

Αυτό το είδος παραμόρφωσης δεν αναιρείται απλώς με την απόσυρση της ασκούμενης δύναμης. Ένα αντικείμενο στην περιοχή πλαστικής παραμόρφωσης, ωστόσο, θα έχει υποστεί πρώτα ελαστική παραμόρφωση, η οποία αναιρείται απλώς με την απόσυρση της ασκούμενης δύναμης, έτσι το αντικείμενο θα επιστρέψει εν μέρει στο αρχικό του σχήμα. Τα μαλακά θερμοπλαστικά έχουν ένα σχετικά εκτεταμένο εύρος πλαστικής παραμόρφωσης όπως και τα όλκιμα μέταλλα όπως ο χαλκός, το ασήμι και ο χρυσός. Ο χάλυβας κάνει επίσης, αλλά όχι ο χυτοσίδηρος. Τα σκληρά θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή, το καουτσούκ, οι κρύσταλλοι και τα κεραμικά έχουν χαμηλό εύρος πλαστικής παραμόρφωσης. Ένα παράδειγμα υλικού με ευρύ φάσμα πλαστικής παραμόρφωσης είναι η υγρή τσίχλα, η οποία μπορεί να τεντωθεί σε δεκάδες φορές το αρχικό της μήκος.

Υπό τάσεις εφελκυσμού, η πλαστική παραμόρφωση χαρακτηρίζεται από μια ζώνη σκλήρυνσης από τάση και μια περιοχή λαιμού και, τέλος, από θραύση (ονομάζεται επίσης ρήξη) (ονομάζεται επίσης ρήξη). Κατά τη σκλήρυνση με παραμόρφωση το υλικό γίνεται ισχυρότερο μέσω της μετανάστευσης των ατομικών εξαρθρώσεων. Η φάση του λαιμού χαρακτηρίζεται από μείωση της επιφάνειας διατομής του δείγματος. Ο λαιμός ξεκινά μόλις επιτευχθεί η μέγιστη αντοχή. Κατά τη διάρκεια του λαιμού, το υλικό δεν μπορεί πλέον να ανεχθεί τη μέγιστη τάση και η καταπόνηση στο δείγμα αυξάνεται γρήγορα. Η πλαστική παραμόρφωση τελειώνει με το σπάσιμο της ουσίας.

Πλαστική παραμόρφωση:Επισκόπηση

Σύμφωνα με τις αρχές της φυσικής και της επιστήμης των υλικών, η πλαστικότητα, γνωστή και ως πλαστική παραμόρφωση, είναι η ικανότητα ενός στερεού υλικού να υφίσταται μόνιμη παραμόρφωση, η οποία είναι μια μη αναστρέψιμη αλλαγή σχήματος ως αποτέλεσμα της εφαρμογής εξωτερικών πιέσεων. Παράδειγμα:Ένα συμπαγές κομμάτι μετάλλου που λυγίζεται ή χτυπιέται σε νέο σχήμα παρουσιάζει πλαστικότητα επειδή λαμβάνουν χώρα μόνιμες αλλαγές μέσα στο ίδιο το υλικό ως αποτέλεσμα της διαδικασίας. Γνωστή ως υποχώρηση στον κόσμο της μηχανικής, η μετάβαση από την ελαστική στην πλαστική συμπεριφορά συμβαίνει όταν ένα αντικείμενο συμπιέζεται.

Στην περίπτωση πολλών όλκιμων μετάλλων, η εφαρμογή εφελκυστικής φόρτισης σε ένα δείγμα θα το αναγκάσει να συμπεριφέρεται με ελαστικό τρόπο. Κάθε αύξηση του φορτίου συνοδεύεται από αύξηση της επέκτασης που είναι ανάλογη με την αύξηση του φορτίου. Όταν αφαιρεθεί το φορτίο, το στοιχείο επανέρχεται στο προηγούμενο μέγεθος και διαμόρφωση. Ωστόσο, μόλις το φορτίο ξεπεράσει ένα ορισμένο όριο –την αντοχή διαρροής– η επέκταση αναπτύσσεται πιο γρήγορα από ό,τι στην ελαστική ζώνη. Ως αποτέλεσμα, ακόμη και μετά την αφαίρεση του φορτίου, θα υπάρχει μια συγκεκριμένη ποσότητα επέκτασης.

Αλλά επειδή είναι μόνο μια προσέγγιση, η ελαστική παραμόρφωση είναι τόσο καλή όσο η χρονική περίοδος και η ταχύτητα φόρτωσης που λαμβάνονται υπόψη.

Η ικανότητα του υλικού να υφίσταται μη αναστρέψιμη παραμόρφωση χωρίς αύξηση των τάσεων ή των φορτίων αναφέρεται ως τέλεια πλαστικότητα. Τα πλαστικά υλικά που έχουν σκληρυνθεί μέσω προηγούμενων παραμορφώσεων, όπως η ψυχρή διαμόρφωση, ενδέχεται να απαιτούν αυξανόμενες ποσότητες καταπόνησης προκειμένου να παραμορφωθούν ακόμη περισσότερο. Γενικά, η πλαστική παραμόρφωση εξαρτάται επίσης από τον ρυθμό παραμόρφωσης, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να εφαρμοστούν μεγαλύτερες τάσεις για να επιταχυνθεί ο ρυθμός παραμόρφωσης. Τα υλικά που παραμορφώνονται ιξωδοπλαστικά αναφέρονται ως ιξωδοπλαστικά υλικά.

Η ζώνη ελαστικής παραμόρφωσης των περισσότερων μεταλλικών υλικών είναι αρκετά περιορισμένη σε σύγκριση με άλλα υλικά. Μετά από ένα ορισμένο σημείο, η καταπόνηση δεν είναι πλέον ανάλογη με την εφαρμοζόμενη τάση και η σχέση διακόπτεται. Μετά από αυτό, οι δεσμοί με τους αρχικούς γείτονες του ατόμου αρχίζουν να διαλύονται και να αναμορφώνονται με μια νέα ομάδα ηλεκτρονίων κοντά στο αρχικό ζεύγος ηλεκτρονίων. Με την εμφάνιση αυτής της κατάστασης και την επακόλουθη απελευθέρωση της τάσης, το υλικό δεν θα μπορεί πλέον να επιστρέψει στο προηγούμενο σχήμα του, δηλαδή, η παραμόρφωση είναι μόνιμη και μη αναστρέψιμη. Το υλικό έχει πλέον εισέλθει στον τομέα της συμπεριφοράς του υλικού που είναι γνωστή ως πλαστική παραμόρφωση. Το ακριβές σημείο στο οποίο ένα υλικό μεταβαίνει από την ελαστική στην πλαστική ζώνη μπορεί να είναι δύσκολο να προσδιοριστεί στην πραγματικότητα. Μια μετατόπιση 0,002 καταπόνησης χρησιμοποιείται για την κατασκευή μιας παράλληλης γραμμής, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Το σημείο στο οποίο αυτή η γραμμή τέμνει την καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης αναφέρεται ως η αντοχή διαρροής του υλικού. Είναι η τάση στην οποία έχει συμβεί αισθητή πλαστική παραμόρφωση που καθορίζει την αντοχή διαρροής του υλικού.

Συμπέρασμα

Ο όρος «παραμόρφωση» αναφέρεται στην αλλαγή του μεγέθους ή του σχήματος ενός αντικειμένου. Στη φυσική, οι μετατοπίσεις ορίζονται ως η απόλυτη αλλαγή στη θέση ενός σημείου σε μια επιφάνεια. Η εκτροπή είναι η αλλαγή στις σχετικές μετατοπίσεις των εξωτερικών μετατοπίσεων ενός αντικειμένου. Στην περίπτωση ενός απειροελάχιστα μικρού κύβου υλικού, η παραμόρφωση είναι η σχετική εσωτερική αλλαγή στη μορφή του κύβου, η οποία μπορεί να περιγραφεί ως μια μη διαστατική αλλαγή στο μήκος ή τη γωνία παραμόρφωσης του κύβου. Μια καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης περιγράφει τη σχέση μεταξύ των παραμορφώσεων και των δυνάμεων που ασκούνται στον κύβο, οι οποίες είναι γνωστές ως τάση. Από το σημείο διαρροής και μετά, η σχέση μεταξύ τάσης και παραμόρφωσης είναι συχνά γραμμική και αναστρέψιμη. η παραμόρφωση είναι ελαστική μετά το σημείο διαρροής. Το μέτρο του Young είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη γραμμική σχέση μεταξύ δύο υλικών. Πλαστική παραμόρφωση είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τον βαθμό μόνιμης παραμόρφωσης που παραμένει μετά την αφαίρεση ενός φορτίου πάνω από το σημείο διαρροής. Ο προσδιορισμός της τάσης και της παραμόρφωσης σε ένα στερεό στοιχείο παρέχεται από την αντοχή διαρροής των υλικών και ο προσδιορισμός της τάσης και της παραμόρφωσης σε μια δομή παρέχεται από τη δομική ανάλυση.

Στα υλικά, η πλαστική παραμόρφωση είναι μια μόνιμη παραμόρφωση που συμβαίνει όταν ένα υλικό υπόκειται σε τάσεις που υπερβαίνουν την αντοχή διαρροής του (όπως εφελκυστικές, θλιπτικές, κάμπτουσες ή στριπτικές τάσεις), προκαλώντας το υλικό να επιμηκύνει, να συμπιεστεί, να λυγίσει, να κάμψει ή συστροφή.