תופעות בעת עומס סטטי
עיוות החומר תחת השפעת מאמץ הוא תופעה מורכבת מאוד, ולכן יש לפשטה בדרכים שונות כדי שניתן יהיה להבין אותה. אחד מן הפישוטים הללו הוא ההנחה שהעומסים מופעלים בהדרגה, כפי שנעשה למשל עם דגימות בעת ניסוי מתיחה ולחיצה.
אם מוט פלדה הנתון למתיחה נחשף לעומס הגדל בהדרגה ומודדים את ההתארכות ℇ שלו, מתקבל הדיאגרמה המוצגת באיור.
_1= גבול הפרופורציונליות _2 =גבול האלסטיות 3 =גבול הכנ屈 התחתון [3’= גבול הזרימה העליון]
בתחילה ההתארכות קטנה מאוד ופרופורציונלית למאמץ, כפי שדורש חוק הוק. החל ממאמץ מסוים מפסיקה הפרופורציונליות וההתארכות גדלה מהר יותר. קשה לקבוע במדויק את מיקומו של גבול הפרופורציונליות הזה. ככל שהמדידה מדויקת יותר, כך הוא מתקבל נמוך יותר. עבור רוב החומרים הוא נמצא ב-δ=0, וחוק הוק מייצג אז רק קירוב ראשון ל_התנהגות אלסטית_, האיבר הראשון בפיתוח בטור טיילור של הפונקציה ℇ=ℇ (δ) בסביבת ראשית הצירים. אם משחררים את המוט, ניתן להבחין כי כאשר המאמץ לא היה גדול מדי, גם העיוות נעלם בהתאם לחוק הוק. אך גם זה משתנה אם חורגים מעומס מסוים הנמצא סמוך לגבול הפרופורציונליות, ה- גבול האלסטיות; אז העיוות הכולל מורכב מחלק אלסטי (הפיך) ומחלק לא-אלסטי (קבוע). גם את גבול האלסטיות אי אפשר לקבוע במדויק; הוא נמצא נמוך יותר ככל שדיוק המדידה גבוה יותר.
אולם, מכיוון שיש לה חשיבות טכנית רבה, שכן היא מהווה גבול משמעותי כמעט בכל החישובים בחוזק חומרים, ובו בזמן גם את הגבול שבו מתחילים הנזקים הקבועים הראשונים, היא מוגדרת באופן חד לבדיקת דגימות באמצעות מוסכמה מקובלת כלשהי, ולכן, למשל, כגבול 0,2% מסמנים את המאמץ שבו ההארכה הקבועה מגיעה ל-0,2%.
מיד לאחר חריגה מגבול האלסטיות, העיוות גדל בחדות וניתן להבחין בו בעין בלתי מזוינת; תחת מאמץ כמעט קבוע המוט מתארך ללא הרף. מאמץ זה נקרא גבול הזרימה.
במכונות הידראוליות לבדיקת חומרים ניתן להבחין בנוסף, לאחר תחילת הזרימה, בירידה במאמץ, פחות או יותר בולטת, כפי שמוצג בגרף על ידי עקומה מקווקוות; אזי המקסימום נקרא גבול הזרימה העליון, והמאמץ הקבוע של הזרימה המופיע לאחר מכן נקרא הגבול התחתון של הזרימה.
לאחר שמושגת התארכות מסוימת, שהיא כמעט בלתי אלסטית לחלוטין, המאמצים מתחילים שוב לעלות, והחומר מתקשה. בתחום עומס זה נוצרת ירידה ניכרת בשטח החתך של המוט עקב כיווץ צדדי (בלתי אלסטי), וההמשך של דיאגרמת המאמצים והעיוותים תלוי בראש ובראשונה בשאלה אם בחישוב המאמצים כוח המתיחה P הפועל על המוט מחולק בשטח החתך ההתחלתי Fo או בשטח החתך הנוכחי F. לצורכי הנדסה מעניין המאמץ P/F. מאמץ זה עובר דרך מקסימום, הנקרא חוזק החומר, וכאשר עוברים את המקסימום הזה, המוט מצטמצם מאוד במקום אחד ונקרע. “המאמץ האמיתי” P/F עולה עד לשבר.
התנהגותם של מתכות אחרות חורגת במידה רבה מן המתואר כאן. הזרימה הפלסטית לעיתים אינה בולטת, וההתקשחות מתחילה מיד לאחר חציית גבול האלסטיות.
בחומרים פריכים (אבן, זכוכית, בטון) העיוותים הלא-אלסטיים הם בדרך כלל קטנים, וכבר בהארכה קטנה מתרחשת שבירה. ההארכה הכוללת שהחומר עובר עד לשבר היא מדד ליכולת המתיחה (ההפך: פריכות) של החומר, ולגבי פלדה היא נקבעת במדויק בתנאים הטכניים. אולם, מאחר שלפני השבר העיוות הנוסף מתרכז בסביבת מקום החתך המצומצם, מתקבל ערך שונה של ההארכה בשבר, בהתאם אם אורך המדידה נלקח על חלק גדול או קטן יותר של המוט, ולכן כדי לקבל תוצאות חד-משמעיות וניתנות להשוואה הדדית יש לאמץ מראש מוסכמה מסוימת. ההארכה בשבר נמדדת בדרך כלל כך שעל מוט עגול בקוטר d מסמנים לפני הניסוי אורך מדידה l = 10 d, ומתוך התארכותו ∆l מחשבים את ההארכה בשבר ℇSl= ∆1/1.
אם יש צורך לבדוק מוטות בעלי חתך שונה, אורך המדידה נקבע לפי קוטרו של מוט גלילי עגול בעל אותו שטח חתך.