منحنى الإجهاد-الانفعال
منحنى الإجهاد-الانفعال هو منحني يوضح العلاقة بين الإجهاد والإنفعال التي تظهرها المواد المختلفة. لكل مادة منحني خاص بها، ويتم ايجاد هذا المنحنى عن طريق إجراء اختبار شد أو إختبار ضغط لعينة من المادة وتسجيل مقدار التشوه فيها لفترات زمنية معينه. وتكشف هذه المنحنيات العديد من خصائص المواد ( بما في ذلك البيانات لتحديد معامل المرونة ;E).
تختلف منحنيات الإجهاد والانفعال للمواد المختلفة على نطاق واسع، واختبارات الشد المختلفة التي اجريت على نفس العينة اعطت نتائجًا مختلفة أيضًا، اعتمادا على درجة الحرارة وسرعة تسليط الحمل. لكن مع ذلك يمكن تمييز بعض الخصائص المشتركة بين مجموعات مختلفة من المواد، وعلى هذا الأساس يمكن تقسيم المواد إلى نوعين رئيسيين : المواد المطيلية والمواد الهشة.
افرض وجود شريط معدني بمساحة (A) يتعرض إلى قوتين متساويتين ومتعاكستين (F) تسحبان نهايتي المعدن فيكون تحت تأثير قوى الشد. تعاني المادة في هذه الحالة إجهادا يعرّف على أنه نسبة القوةإلى مساحة المقطع العرضي للمعدن.
يدعى هذا الإجهاد بإجهاد الشد (tensile stress) لأن كل جزء من المعدن يتعرض إلى قوة شد. حسب وحدات النظام الدولي (SI) فوحدات الإجهاد هي نيوتن على متر مربع N\M2 والتي تدعى باسكال، حيث:
1 باسكال = 1 نيوتن \ متر مربع
1 بار = 100000 باسكال
افرض الآن بأن هناك قوة مماسية تؤثر على المعدن مسببة قوة قص، نسبة قوة القص إلى المساحة تدعى إجهاد القص (shear strain). ولو التوى المعدن بزاوية (q) فإن إجهاد القص :
shear strain = tan qوتشمل المواد المطيلية، الفولاذ والعديد من سبائك المواد الأخرى، حيث تتميز بالوصول لمنطقة الخضوع (yield) في درجات الحرارة الاعتيادية. الفولاذ منخفض الكاربون يظهر عادة علاقة إجهاد-انفعال خطية صعودا إلى منطقة خضوع واضحة (شكل2). الجزء الخطي من المنحنى هو منطقة المرونة (elastic)، ويمثل الميل(slope) معامل المرونة أو معامل يونغ ( معامل يونغ هو: إجهاد الكبس إلى الانفعال الطولي). بعد نقطة الخضوع يبدأ المنحني بالنزول تدريجيا بسبب البنية البلورية (العيوب البلورية) للإفلات من التماسك البلوري. مع استمرار التشوه، يزداد الإجهاد اعتمادا على ازدياد الانفعال حتى يصل إلى أقصى إجهاد للشد (UTS). حتى هذه النقطة تقل المساحة بصورة متجانسة وعشوائية بسبب انكماشات بويسون. نقطة الكسر الحقيقية تقع على نفس الخط الرأسي لنقطة الكسر النظرية.
بعد هذه المنطقة يبدأ التعنق، حيث تصبح مساحة المقطع العرضي اصغر من الاصل. ويطلق على نسبة قوة الشد إلى مساحة المقطع الحقيقية في اضيق منطقة من العنق بالاجهاد الحقيقي. اما نسبة قوة الشد إلى مساحة المقطع الاصلية فيطلق عليها الاجهاد الهندسي. فاذا رسم مخطط الاجهاد-انفعال وفق الاجهاد الحقيقي والانفعال الحقيقي فان الاجهاد سيستمر بالصعود حتى يصل إلى مرحلة الفشل. وفي النهاية تصبح منطقة التعنق غير مستقرة وتنكسر العينة.
عند تعرض العينة لزيادة تدريجية في قوة الشد فانها تصل إلى اقصى اجهاد للشد ومن ثم يظهر التعنق والاستطالة بسرعه حتى تنكسر. اما اذا تعرضت لزيادة تدريجية في الطول فمن الممكن ملاحظة تقدم التعنق والاستطالة، وقياس قوة الشد في العينة. من اجل تسجيل سلوكيات دقيقة للمواد بين منطقة اقصى اجهاد شد ومنطقة الكسر، يتم تسليط قوة شد طولية تدريجية على العينة.
بعض المواد المطيلية مثل الفولاذ قليل الكاربون او متوسط الكاربون لا تملك نقطة خضوع واضحة. بصورة عامة هناك نوعين من منطقة الخضوع (Yield) : عليا وسفلى. ويتم حساب اجهاد الخضوع لهذه المواد عن طريق رسم خط مواز لخط منطقة المرونة في المنحني ومقاطعة الاحداثي في بعض القيم العشوائية (بشكل عام من 0.1٪ إلى 0.2٪). تقاطع هذا الخط مع منحني الاجهاد-انفعال يوضح نقطة الخضوع.
المواد الهشة وتشمل حديد الزهر، الزجاج والحجر. وتتميز بوصولها لمنطقة الكسر من دون اي تغيير ملحوظ في استطالتها.
المواد هشة مثل الخرسانة و ألياف الكربون لا تملك نقطة خضوع، لذلك فان منطقة اقصى اجهاد هي نفسها منطقة اجهاد الكسر. المواد الهشه مثل الزجاج لا تظهر اي اجهاد في منطقة البلاستك بل تفشل في نطاق منطقة المرونه. أحد مميزات لفشل المادة الهشه هي انه يمكن تجميعها لاعادة تصنيع المادة بنفس الشكل حيث لن يحدث تعنق كما في المواد المطيلية. منحني الاجهاد انفعال لهذه المواد عادة سيكون خطي.