CÁC HIỆN TƯỢNG KHI CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH
Biến dạng vật liệu dưới tác dụng của ứng suất là một hiện tượng rất phức tạp, nên phải giản lược theo nhiều hướng khác nhau mới có thể hiểu được. Một trong những giản lược này là giả thiết rằng tải trọng được đặt dần dần, như chẳng hạn khi thử mẫu kéo và nén.
Nếu một thanh thép chịu kéo được đặt dưới tải trọng tăng dần và đo độ giãn dài ℇ của nó, ta thu được biểu đồ như trên hình.
_1= Giới hạn tỷ lệ _2 =Giới hạn đàn hồi 3 =Giới hạn chảy dưới [3’= Giới hạn chảy trên]
Ban đầu, độ giãn dài rất nhỏ và tỷ lệ thuận với ứng suất, đúng như định luật Hooke yêu cầu. Từ một mức ứng suất nhất định, tính tỷ lệ thuận chấm dứt và độ giãn dài tăng nhanh hơn. Vị trí chính xác của giới hạn tỷ lệ này rất khó xác định. Đo càng chính xác thì giá trị này càng thấp. Đối với phần lớn vật liệu, nó nằm tại δ=0, và khi đó định luật Hooke chỉ còn là xấp xỉ đầu tiên đối với hành vi đàn hồi, là hạng tử đầu tiên trong khai triển chuỗi Taylor của hàm ℇ=ℇ (δ) xung quanh gốc tọa độ. Nếu thanh được dỡ tải, có thể thấy rằng, khi ứng suất không quá lớn, biến dạng cũng biến mất theo định luật Hooke. Nhưng điều này cũng thay đổi nếu vượt quá một ứng suất nhất định nằm gần giới hạn tỷ lệ, tức giới hạn đàn hồi; khi đó biến dạng tổng cộng gồm phần đàn hồi (phục hồi) và phần không đàn hồi (vĩnh viễn). Ngay cả giới hạn đàn hồi cũng không thể xác định chính xác; nó nằm càng thấp khi độ chính xác đo càng cao.
Tuy nhiên, vì nó có ý nghĩa kỹ thuật rất lớn, do nó là ranh giới quan trọng trong hầu hết các tính toán về sức bền vật liệu, đồng thời cũng là ranh giới xuất hiện những hư hỏng vĩnh viễn đầu tiên, nên khi thử nghiệm mẫu nó được định nghĩa chặt chẽ bằng một quy ước đã chọn; chẳng hạn, giới hạn 0,2% được gọi là ứng suất tại đó độ giãn dài vĩnh viễn đạt 0,2%.
Ngay sau khi vượt quá giới hạn đàn hồi, biến dạng tăng đột ngột và có thể nhìn thấy bằng mắt thường; ở ứng suất gần như không đổi, thanh tiếp tục dài ra không ngừng. Ứng suất này được gọi là giới hạn chảy.
Ở các máy thủy lực thử nghiệm vật liệu, sau khi bắt đầu chảy cũng có thể quan sát thấy sự giảm ứng suất nhiều hay ít rõ rệt, như được chỉ ra trên đồ thị bằng đường cong nét đứt; khi đó giá trị cực đại được gọi là giới hạn chảy trên, còn ứng suất chảy không đổi xuất hiện sau đó là giới hạn chảy dưới.
Sau khi đạt đến một độ giãn nhất định, gần như hoàn toàn không đàn hồi, ứng suất bắt đầu tăng trở lại, vật liệu bị hóa bền. Ở vùng tải trọng này xuất hiện sự giảm rõ rệt tiết diện ngang của thanh do co ngang (không đàn hồi), và diễn biến tiếp theo của biểu đồ ứng suất - biến dạng chủ yếu phụ thuộc vào việc khi tính ứng suất, lực kéo P tác dụng lên thanh được chia cho tiết diện ban đầu Fo hay tiết diện tức thời F. Về mặt kỹ thuật, ứng suất P/F là đáng quan tâm. Ứng suất này đạt đến một giá trị cực đại, gọi là cường độ vật liệu, và khi vượt qua cực đại đó, thanh bị thắt lại mạnh ở một chỗ và đứt. „Ứng suất thực“ P/F tăng cho đến khi phá hủy.
Hành vi của các kim loại khác khác biệt khá nhiều so với mô tả ở đây. Hiện tượng chảy dẻo thường không rõ rệt, còn hóa bền bắt đầu ngay sau khi vượt quá giới hạn đàn hồi.
Đối với vật liệu giòn (đá, thủy tinh, bê tông), biến dạng không đàn hồi nói chung là nhỏ và chỉ với độ giãn rất nhỏ đã xảy ra phá hủy. Tổng độ giãn mà vật liệu chịu trước khi phá hủy là thước đo độ dẻo dai (ngược lại: độ giòn) của vật liệu và đối với thép được quy định chính xác trong các điều kiện kỹ thuật. Tuy nhiên, do ngay trước khi phá hủy, biến dạng tiếp theo tập trung vào vùng lân cận chỗ tiết diện bị thu hẹp, nên giá trị độ giãn khi đứt khác nhau tùy theo việc lấy chiều dài đo là phần lớn hay phần nhỏ của thanh, vì vậy để có kết quả đơn trị và có thể so sánh lẫn nhau, phải thống nhất trước một quy ước nhất định. Thông thường, độ giãn khi đứt được đo bằng cách trên thanh tròn có đường kính d, trước khi thử, đánh dấu chiều dài đo l = 10 d và từ độ giãn dài ∆l của nó tính độ giãn khi đứt ℇSl= ∆1/1.
Nếu cần kiểm tra các thanh có tiết diện khác, chiều dài đo được xác định theo đường kính của thanh trụ tròn có cùng diện tích tiết diện ngang.