VERSKYNSELS BY STATIESE BELASTING
Die vervorming van materiaal onder die invloed van spanning is ’n baie ingewikkelde verskynsel, sodat dit op verskeie maniere vereenvoudig moet word om dit te kan verstaan. Een van hierdie vereenvoudigings is die aanname dat die laste geleidelik aangebring word, soos byvoorbeeld met proefstukke gedoen word tydens trek- en druktoetse.
As ’n staalstaaf wat op trek belas is aan ’n las onderwerp word wat geleidelik toeneem en sy verlenging ℇ gemeet word, word die diagram verkry wat in die figuur getoon word.
_1= Proporsionaliteitsgrens _2 =Grens van elastisiteit 3 =Laer vloeigrens 3’= Boonste vloeigrens
In die begin is die verlenging baie klein en eweredig aan die spanning, soos Hooke se wet dit vereis. Vanaf ’n sekere spanning hou die eweredigheid op en neem die verlenging vinniger toe. Die presiese posisie van hierdie grens van eweredigheid kan moeilik bepaal word. Hoe meer akkuraat die meting, hoe laer word dit verkry. Vir die meeste materiale lê dit by δ=0, en Hooke se wet verteenwoordig dan slegs die eerste benadering tot elastiese gedrag, die eerste term van die ontwikkeling in die Taylor-reeks van die funksie ℇ=ℇ (δ) naby die koördinaatbegin. As die staaf ontspan word, word opgemerk dat, wanneer die spanning nie te groot was nie, die vervorming ook verdwyn in ooreenstemming met die wet van Hooke. Maar ook dit verander as ’n sekere spanning, wat naby die proporsionaliteitsgrens lê, die sogenaamde elastisiteitsgrens, oorskry word; dan bestaan die totale vervorming uit ’n elastiese (omkeerbare) en ’n nie-elastiese (permanente) deel. Selfs die elastisiteitsgrens kan nie presies bepaal word nie; dit lê des te laer hoe groter die meetnauwkeurigheid is.
Nietemin, aangesien dit ’n groot tegniese betekenis het, omdat dit die grens van belangrikheid by byna alle berekeninge in materiaalsterkte verteenwoordig, en terselfdertyd ook die grens is waar die eerste permanente skade ontstaan, word dit vir die toets van monsters streng gedefinieer deur ’n aanvaarte konvensie; so word byvoorbeeld as die grens van 0,2% die spanning aangedui waarby die permanente rek 0,2% bereik.
Onmiddellik nadat die elastisiteitsgrens oorskry is, neem die vervorming skielik toe en kan dit met die blote oog waargeneem word; by byna konstante spanning verleng die staaf voortdurend. Hierdie spanning word die vloeigrens genoem.
By hidrouliese materiaaltoetsmasjiene kan ’n min of meer uitgesproke daling in spanning ná die aanvang van vloeigedrag ook waargeneem word, soos op die grafiek deur die stippellyn aangedui; dan word die maksimum die boonste vloeigrens genoem, en die konstante vloeispanning wat daarna intree, die onderste vloeigrens.
Nadat ’n bepaalde rek, wat byna heeltemal nie-elasties is, bereik is, begin die spanning weer toeneem; die materiaal verhard. In hierdie belastingsgebied ontstaan ’n merkbare vermindering van die dwarssnit van die staaf as gevolg van die (nie-elastiese) sywaartse kontraksie, en die verdere verloop van die spannings- en vervormingsdiagram hang in die eerste plek daarvan af of, by die berekening van spanning, die trekkrag P wat op die staaf werk, gedeel word deur die oorspronklike dwarsoppervlak Fo of die oombliklike dwarsoppervlak F. Vir tegniese doeleindes is die spanning P/F van belang. Hierdie spanning gaan deur ’n maksimum, wat die materiaalsterkte genoem word, en wanneer daardie maksimum verby is, vernou die staaf op een plek sterk en breek. „Werklike spanning“ P/F neem toe tot by breuk.
Die gedrag van ander metale wyk in baie opsigte af van wat hier beskryf is. Vloeiing is dikwels nie duidelik nie, en verharding begin onmiddellik nadat die elastiese grens oorskry is.
By bros materiale (klip, glas, beton) is nie-elastiese vervormings oor die algemeen klein en reeds by ’n klein verlenging kom dit tot breuk. Die totale verlenging wat die materiaal tot by breuk ondergaan, is ’n maatstaf van die rekbaarheid (teenoor: brosheid) van die materiaal, en dit word vir staal presies in die tegniese vereistes voorgeskryf. Aangesien verdere vervorming direk voor breuk op die omgewing van die plek van die versmalde deursnee konsentreer, kry mens ’n verskillende waarde van die verlenging by breuk, afhangende daarvan of ’n groter of kleiner deel van die staaf as meetlengte geneem word, sodat daar vooraf ’n bepaalde konvensie aangeneem moet word om ondubbelsinnige en onderling vergelykbare resultate te verkry. Die verlenging by breuk word gewoonlik gemeet deur op ’n ronde staaf met deursnee d voor die proef die meetlengte l = 10 d aan te merk en uit die verlenging daarvan ∆l die verlenging by breuk ℇSl = ∆1/1 te bereken.
As dit nodig is om stawe van ’n ander deursnee te toets, word die meetlengte bepaal volgens die deursnee van die sirkelvormige silindriese staaf wat dieselfde dwarsdeursnee-oppervlak het.