Pojave kod statičkog opterećenja
Deformacija materijala pod utjecajem napona veoma je složena pojava, tako da ju je potrebno na različite načine pojednostaviti kako bi se mogla razumjeti. Jedno od tih pojednostavnjenja jest pretpostavka da se opterećenja nanose postupno, kao što se to npr. radi s uzorcima prilikom ispitivanja na zatezanje i tlak.
Ako se čelični štap opterećen na zatezanje izloži opterećenju koje postupno raste i mjeri njegova dilatacija ℇ, dobiva se dijagram prikazan na slici.
_1= Granica proporcionalnosti _2 =Granica elastičnog ponašanja 3 =Donja granica razvlačenja 3’= Gornja granica razvlačenja
U početku je dilatacija vrlo mala i proporcionalna naponu, onako kako to zahtijeva Hookeov zakon. Počev od jednog određenog napona prestaje proporcionalnost i dilatacija raste brže. Točan položaj ove granice proporcionalnosti teško se može odrediti. Što je mjerenje točnije, utoliko se ona dobiva niža. Za većinu materijala ona leži na δ=0, i Hookeov zakon predstavlja tada samo prvo približenje elastičnom ponašanju, prvi član razvoja u Taylorov red funkcije ℇ=ℇ (δ) u okolini koordinatnog početka. Ako se štap rastereti, primjećuje se da, kada napon nije bio prevelik, nestaje i deformacija u skladu s Hookeovim zakonom. Ali i ovo se mijenja ako se prekorači određeni napon koji leži blizu granice proporcionalnosti, tzv. granica elastičnosti; tada se ukupna deformacija sastoji od elastičnog (povratnog) i neelastičnog (trajnog) dijela. Ni granica elastičnosti ne može se točno odrediti, ona se nalazi utoliko niže ukoliko je veća točnost mjerenja.
Međutim, kako ona ima velik tehnički značaj, jer predstavlja granicu važnosti kod gotovo svih proračuna u otpornosti materijala, a istodobno i granicu na kojoj nastaju prva trajna oštećenja, ona se za ispitivanje uzoraka strogo definira nekom usvojenom konvencijom, pa se, npr., kao granica 0,2% označava onaj napon pri kome trajna dilatacija doseže 0,2%.
Neposredno po prekoračenju granice elastičnosti deformacija naglo raste i može se primijetiti golim okom; pri gotovo konstantnom naponu štap se neprekidno izdužuje. Ovaj napon naziva se granica tečenja.
Kod hidrauličkih strojeva za ispitivanje materijala može se uz to zapaziti nakon početka tečenja više ili manje izražen pad napona, kako je naznačeno u grafikonu isprekidanom krivuljom; tada se maksimum naziva gornja granica tečenja, a konstantni napon tečenja koji zatim nastupa donja granica tečenja.
Nakon što se dostigne određena dilatacija, koja je gotovo potpuno neelastična, napon počinje ponovno rasti, materijal očvršćuje. U ovoj oblasti opterećenja nastaje primjetno smanjenje poprečnog presjeka štapa uslijed (neelastične) bočne kontrakcije, i daljnji tok dijagrama napona i deformacija ovisi prije svega o tome da li se pri računanju napona sila zatezanja P koja djeluje na štap dijeli s prvobitnim presjekom Fo ili trenutnim presjekom F. Za tehničke svrhe zanimljiv je napon P/F. Taj napon prolazi kroz maksimum, koji se naziva čvrstoća materijala i kada se taj maksimum prijeđe, štap se na jednom mjestu jako sužava i lomi. ,,Stvarni napon“ P/F raste do sloma.
Ponašanje drugih metala u mnogočemu odstupa od ovdje opisanog. Tečenje često nije izraženo, a očvršćivanje počinje neposredno nakon prekoračenja granice elastičnosti.
Kod krtih materijala (kamen, staklo, beton) neelastične deformacije su općenito male i već pri maloj dilataciji dolazi do loma. Ukupna dilatacija koju materijal pretrpi do loma mjera je istezljivosti (suprotno: krtosti) materijala i ona se za čelik točno propisuje u tehničkim uvjetima. Međutim, kako se neposredno prije loma daljnja deformacija koncentrira na okolinu mjesta suženog presjeka, dobiva se različita vrijednost dilatacije pri lomu, prema tome da li se za mjernu duljinu usvaja veći ili manji dio štapa, tako da se za dobivanje jednoznačnih i međusobno usporedivih rezultata mora unaprijed usvojiti neka određena konvencija. Dilatacija pri lomu po pravilu se mjeri tako što se na okruglom štapu promjera d prije pokusa označi mjerna duljina l = 10 d i iz njezina izduženja ∆l izračuna dilatacija pri lomu ℇSl= ∆1/1.
Ako je potrebno ispitivati šipke drukčijeg presjeka, mjerna duljina određuje se prema promjeru kružne cilindrične šipke koja ima istu površinu poprečnog presjeka.