ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΚΑΤΑ ΣΤΑΤΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ
Η παραμόρφωση του υλικού υπό την επίδραση της τάσης είναι ένα πολύ σύνθετο φαινόμενο, έτσι ώστε πρέπει να απλουστεύεται με διάφορους τρόπους για να γίνει κατανοητή. Μία από αυτές τις απλουστεύσεις είναι η υπόθεση ότι τα φορτία επιβάλλονται σταδιακά, όπως π.χ. γίνεται με τα δοκίμια κατά τις δοκιμές εφελκυσμού και θλίψης.
Αν η χαλύβδινη ράβδος που καταπονείται σε εφελκυσμό υποβληθεί σε φορτίο που αυξάνεται σταδιακά και μετρηθεί η διαστολή ℇ της, προκύπτει το διάγραμμα που φαίνεται στην εικόνα.
_1= Όριο αναλογικότητας _2 = Όριο ελαστικότητας 3 =Κατώτερο όριο διαρροής [3’= Άνω όριο διαρροής]
Στην αρχή η διαστολή είναι πολύ μικρή και ανάλογη της τάσης, όπως απαιτεί ο νόμος του Hooke. Από μια ορισμένη τάση και μετά παύει η αναλογικότητα και η διαστολή αυξάνεται ταχύτερα. Η ακριβής θέση αυτού του ορίου αναλογικότητας δύσκολα μπορεί να προσδιοριστεί. Όσο ακριβέστερη είναι η μέτρηση, τόσο χαμηλότερα προκύπτει. Για τα περισσότερα υλικά βρίσκεται στη δ = 0, και ο νόμος του Hooke αποτελεί τότε μόνο την πρώτη προσέγγιση της ελαστικής συμπεριφοράς, τον πρώτο όρο της ανάπτυξης σε σειρά Taylor της συνάρτησης ℇ=ℇ (δ) κοντά στην αρχή των αξόνων. Αν αποφορτιστεί η ράβδος, παρατηρείται ότι, όταν η τάση δεν ήταν υπερβολικά μεγάλη, εξαφανίζεται και η παραμόρφωση σύμφωνα με τον νόμο του Hooke. Αλλά και αυτό μεταβάλλεται αν ξεπεραστεί μια ορισμένη τάση που βρίσκεται κοντά στο όριο αναλογικότητας, το λεγόμενο όριο ελαστικότητας; τότε η συνολική παραμόρφωση αποτελείται από ελαστικό (αναστρέψιμο) και ανελαστικό (μόνιμο) μέρος. Ούτε το όριο ελαστικότητας μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια· βρίσκεται τόσο χαμηλότερα όσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια της μέτρησης.
Ωστόσο, επειδή έχει μεγάλη τεχνική σημασία, καθώς αποτελεί το όριο σημαντικότητας σε σχεδόν όλους τους υπολογισμούς αντοχής των υλικών και ταυτόχρονα το όριο στο οποίο εμφανίζονται οι πρώτες μόνιμες βλάβες, για τη δοκιμή των δειγμάτων ορίζεται αυστηρά με κάποια υιοθετημένη σύμβαση, έτσι ώστε, π.χ., ως όριο 0,2% να χαρακτηρίζεται εκείνη η τάση στην οποία η μόνιμη επιμήκυνση φθάνει το 0,2%.
Αμέσως μετά την υπέρβαση του ορίου ελαστικότητας η παραμόρφωση αυξάνεται απότομα και μπορεί να παρατηρηθεί με γυμνό μάτι· σε σχεδόν σταθερή τάση η ράβδος επιμηκύνεται συνεχώς. Αυτή η τάση ονομάζεται όριο διαρροής.
Στις υδραυλικές μηχανές δοκιμής υλικών μπορεί επιπλέον να παρατηρηθεί, μετά την έναρξη της ροής, μια περισσότερο ή λιγότερο έντονη πτώση της τάσης, όπως υποδεικνύεται στο διάγραμμα με τη διακεκομμένη καμπύλη· τότε το μέγιστο ονομάζεται άνω όριο διαρροής, ενώ η σταθερή τάση διαρροής που ακολουθεί κάτω όριο διαρροής.
Αφού επιτευχθεί ορισμένη επιμήκυνση, η οποία είναι σχεδόν πλήρως ανελαστική, η τάση αρχίζει ξανά να αυξάνεται, το υλικό σκληραίνει. Σε αυτήν την περιοχή φόρτισης εμφανίζεται αισθητή μείωση της διατομής της ράβδου λόγω (ανελαστικής) εγκάρσιας συστολής, και η περαιτέρω εξέλιξη του διαγράμματος τάσεων και παραμορφώσεων εξαρτάται πρωτίστως από το αν, κατά τον υπολογισμό της τάσης, η δύναμη εφελκυσμού P που ενεργεί στη ράβδο διαιρείται με την αρχική διατομή Fo ή με την τρέχουσα διατομή F. Για τεχνικούς σκοπούς ενδιαφέρει η τάση P/F. Αυτή η τάση περνά από μέγιστο, το οποίο ονομάζεται αντοχή του υλικού, και όταν το μέγιστο αυτό ξεπεραστεί, η ράβδος στενεύει πολύ σε ένα σημείο και σπάζει. Η «πραγματική τάση» P/F αυξάνεται μέχρι τη θραύση.
Η συμπεριφορά άλλων μετάλλων αποκλίνει σε μεγάλο βαθμό από την εδώ περιγραφόμενη. Η διαρροή συχνά δεν είναι εμφανής, και η σκλήρυνση αρχίζει αμέσως μετά την υπέρβαση του ορίου ελαστικότητας.
Στα ψαθυρά υλικά (πέτρα, γυαλί, σκυρόδεμα) οι ανελαστικές παραμορφώσεις είναι γενικά μικρές και ήδη με μικρή διατμήση επέρχεται θραύση. Η συνολική διατμήση που υφίσταται το υλικό μέχρι τη θραύση αποτελεί μέτρο της ολκιμότητας (αντίθετα: της ψαθυρότητας) του υλικού και για τον χάλυβα καθορίζεται ακριβώς στις τεχνικές προδιαγραφές. Ωστόσο, επειδή αμέσως πριν από τη θραύση η περαιτέρω παραμόρφωση συγκεντρώνεται στην περιοχή της θέσης της στενωμένης διατομής, προκύπτει διαφορετική τιμή διατμήσεως κατά τη θραύση, ανάλογα με το αν για το μήκος μέτρησης λαμβάνεται μεγαλύτερο ή μικρότερο τμήμα της ράβδου, έτσι ώστε για να προκύψουν μονοσήμαντα και αμοιβαία συγκρίσιμα αποτελέσματα πρέπει εκ των προτέρων να υιοθετηθεί κάποια ορισμένη σύμβαση. Η διατμήση κατά τη θραύση μετριέται κατά κανόνα έτσι ώστε σε κυλινδρική ράβδο διαμέτρου d, πριν από τη δοκιμή, να σημειώνεται μήκος μέτρησης l = 10 d και από την επιμήκυνσή του ∆l να υπολογίζεται η διατμήση κατά τη θραύση ℇSl= ∆1/1.
Αν είναι απαραίτητο να εξεταστούν ράβδοι διαφορετικής διατομής, το μήκος μέτρησης καθορίζεται σύμφωνα με τη διάμετρο κυκλικής κυλινδρικής ράβδου που έχει το ίδιο εμβαδόν διατομής.