Mechanické vlastnosti materiálov sú určované experimentálne. Medzi základné skúšky ocele, ako húževnatého materiálu, patrí trhacia skúška tyče začiatočnej dĺžky l a prierezovej plochy A. Tvar prierezu a rozmer tyče je normovaný.
Trhací stroj a skúšobná tyč sú vyhotovené tak, že môžeme predpokladať rovnomerné rozdelenie osovej sily N = F po ploche prierezu a teda v každom bode prierezu vznikne normálové napätie o veľkosti.
Počas zvyšovania ťahovej sily F sa graficky zaznamenáva závislosť medzi konvenčným napätím podľa vyššie uvedeného vzorca (A je pôvodná plocha prierezu) a pomernou deformáciou (Δl je predĺženie tyče).
-
Záznam z laboratória VUT Brno, UFM AV ČR
Skutočné napätie je napätie, ktoré vzniká na skutočnej ploche prierezu A', ktorá sa pri skúške ťahom zmenšuje.
Medza úmernosti σu (proportionality limit – σpr) je napätie, ktoré oddeľuje pružnú oblasť od plastickej oblasti. Po prekročení tejto medze sa skúšobná tyč už nevráti do svojej pôvodnej dĺžky.
Medza pružnosti (elasticity) σe (elastic limit) je najväčšie napätie, pri ktorom si materiál zachováva pružné vlastnosti. Táto medza oddeľuje pružnú oblasť od plastickej oblasti. Po prekročení tejto medze sa skúšobná tyč už nevráti do svojej pôvodnej polohy. Ak v plastickej oblasti ak skúšobnú tyč odľahčíme, deformácia sa nevráti späť po grafe, ale po priamke rovnobežnej s grafom v lineárnej oblasti tak, ako je znázornené čiarkovanou hrubou čiarou na diagrame.
V diagrame tvárneho materiálu ako je oceľ je výrazná medza klzu σk – označuje symbolom fy v technických normách, (yield limit σy). Po prekročení medze klzu rastie pomerná deformácia bez toho, aby sa zväčšilo napätie.
Medza pevnosti σp (ultimate limit σu) je najväčšie napätie, ktoré môže v materiáli vzniknúť.
Trvalá plastická pomerná deformácia po odľahčení tyče je εpl. V prípade, že ide o namáhanie prúta v tejto oblasti, nemôžeme už použiť princíp superpozície.
Hookov zákon
Po medzu úmernosti σú existuje lineárna závislosť medzi napätím a pomerným predĺžením a popísaná je Hookovým zákonom.
Konštanta úmernosti je Youngov modul pružnosti - E, má rozmer napätia. V lineárnej oblasti platí
Modul pružnosti je z fyzikálneho hľadiska také napätie, ktoré by teoreticky vyvolalo jednotkové pomerné predĺženie (tyč o dĺžke l by sa predĺžila na dvojnásobok – v skutočnosti by sa však už tyč porušila).
- Napr. priamka s najmenším uhlom α zodpovedá najviac poddajnému materiálu, ktorý spôsobí najväčšiu deformáciu εx,3.
- Vyššie hodnoty modulu pružnosti v ťahu a tlaku E zodpovedajú menej poddajným materiálom.
- Zobrazené sú tri priamky s odlišným sklonom – modulom pružnosti v ťahu a tlaku. Ak sa v skúmaných prvkoch vyvolá rovnaké normálové napätie σx,1 = σx,2 = σx,3, dĺžkové pomerné deformácie budú u všetkých troch prvkov rôzne práve kvôli odlišnej tuhosti použitého materiálu.
Hookov zákon - šmyk
Hookov zákon pre šmykové napätie τ
kde G je modul pružnosti v šmyku a ϒ je skos.
Modul pružnosti v šmyku je približne 2,5-krát menší ako modul pružnosti v ťahu.
Veličiny ε a ϒ sú pomerné deformácie. Tie môžeme skúmať v prípade skúšok ťahom a krutom, kedy dôjde k zmene dĺžok a k zmene pravých uhlov.
