STATİK YÜKLEME ALTINDA ORTAYA ÇIKAN OLGULAR
Gerilme etkisi altındaki malzeme deformasyonu son derece karmaşık bir olgudur; bu nedenle anlaşılabilmesi için çeşitli yönlerden sadeleştirilmesi gerekir. Bu sadeleştirmelerden biri, yüklerin kademeli olarak uygulanması varsayımıdır; örneğin çekme ve basınç deneylerinde numunelerle yapılan işlemde olduğu gibi.
Çelik bir çubuk çekmeye zorlandığında, giderek artan bir yüklemeye maruz bırakılıp uzaması ℇ ölçülürse, şekilde gösterilen diyagram elde edilir.
_1= Orantı sınırı _2 =Elastikiyet sınırı 3 =Akma alt sınırı 3’= Akma üst sınırı
Başlangıçta uzama çok küçüktür ve Hooke yasasının gerektirdiği gibi gerilme ile orantılıdır. Belirli bir gerilmeden itibaren orantılılık sona erer ve uzama daha hızlı artar. Bu orantı sınırının tam konumunu belirlemek zordur. Ölçüm ne kadar hassas olursa, o kadar aşağıda bulunur. Çoğu malzeme için bu sınır δ=0’dedir ve Hooke yasası o zaman yalnızca elastik davranışın ilk yaklaşımı, koordinat başlangıcı çevresinde ℇ=ℇ (δ) fonksiyonunun Taylor serisindeki ilk terimidir. Çubuk boşaltıldığında, gerilme çok büyük değilse, deformasyonun da Hooke yasasına uygun olarak ortadan kalktığı görülür. Ancak bu da, oran sınırına yakın olan belirli bir gerilme, yani elastikiyet sınırı aşıldığında değişir; o zaman toplam deformasyon, elastik (geri dönen) ve elastik olmayan (kalıcı) bir bölümden oluşur. Elastikiyet sınırı da tam olarak belirlenemez; ölçüm doğruluğu arttıkça bu sınır daha da aşağıda bulunur.
Ancak bunun büyük teknik önemi vardır; çünkü malzeme dayanımına ilişkin hemen hemen tüm hesaplarda önem sınırını, aynı zamanda da ilk kalıcı hasarların oluştuğu sınırı temsil eder. Bu nedenle numune deneylerinde, kabul edilmiş bir konvansiyonla kesin biçimde tanımlanır; örneğin, sınır 0,2% olarak, kalıcı uzamanın 0,2%’e ulaştığı gerilme belirtilir.
Elastikiyet sınırı aşıldıktan hemen sonra deformasyon hızla artar ve çıplak gözle fark edilebilir; neredeyse sabit bir gerilme altında çubuk sürekli uzar. Bu gerilme akma sınırı olarak adlandırılır.
Malzemeleri test eden hidrolik makinelerde, akma başlangıcından sonra grafikte kesikli eğriyle gösterildiği gibi az ya da çok belirgin bir gerilim düşüşü de gözlemlenebilir; bu durumda maksimuma üst akma sınırı, ardından ortaya çıkan sabit akma gerilimine ise alt akma sınırı denir.
Belirli bir, neredeyse tamamen elastik olmayan uzamaya ulaşıldığında, gerilme yeniden artmaya başlar, malzeme sertleşir. Bu yükleme bölgesinde, çubuğun kesitinde (elastik olmayan) yan büzülme nedeniyle belirgin bir küçülme meydana gelir ve gerilme ile şekil değiştirme diyagramının sonraki seyri öncelikle, gerilme hesabında çubuğa etki eden çekme kuvveti P’nin ilk kesit Fo ile mi yoksa anlık kesit F ile mi bölündüğüne bağlıdır. Teknik amaçlar için ilgi çekici olan gerilme P/F’dir. Bu gerilme bir maksimumdan geçer; bu maksimum malzeme dayanımı olarak adlandırılır ve bu maksimum aşıldığında çubuk bir noktada çok daralır ve kopar. “Gerçek gerilme” P/F kopmaya kadar artar.
Diğer metallerin davranışı burada anlatılandan birçok bakımdan farklılık gösterir. Akma çoğu zaman belirgin değildir ve sertleşme, elastik sınırın aşılmasından hemen sonra başlar.
Kırılgan malzemelerde (taş, cam, beton) elastik olmayan deformasyonlar genel olarak küçüktür ve küçük bir uzamada bile kırılma meydana gelir. Malzemenin kırılmaya kadar uğradığı toplam uzama, malzemenin sünekliğinin (karşıtı: kırılganlığının) bir ölçüsüdür ve çelik için teknik şartnamelerde tam olarak belirlenir. Ancak, kırılmadan hemen önce ileri deformasyon daralmış kesit bölgesinin çevresinde yoğunlaştığından, ölçü boyu için çubuğun daha büyük ya da daha küçük bir kısmının alınmasına bağlı olarak kırılma uzaması için farklı bir değer elde edilir; bu nedenle, tek anlamlı ve karşılaştırılabilir sonuçlar elde etmek için önceden belirli bir konvansiyonun benimsenmesi gerekir. Kural olarak kırılma uzaması, çapı d olan yuvarlak bir çubuk üzerinde deneyden önce ölçü boyu l = 10 d olarak işaretlenerek ve bunun uzaması ∆l’den kırılma uzaması ℇSl= ∆1/1 hesaplanarak ölçülür.
Eğer farklı kesitli çubukların incelenmesi gerekiyorsa, ölçü uzunluğu, aynı enine kesit alanına sahip dairesel silindirik çubuğun çapına göre belirlenir.