Myötölujuuden ja vetolujuuden ero

Pääero – Myötölujuus vs. vetolujuus

Materiaalitekniikassa myötölujuus ja vetolujuus ovat kaksi ominaisuutta, joita voidaan käyttää materiaalin kuvaamiseen. Tärkein ero myötölujuuden ja vetolujuuden välillä on se, että myötölujuus on pienin jännitys, jonka alaisena materiaali deformoituu pysyvästi, kun taas vetolujuus kuvaa suurinta jännitystä, jonka materiaali kestää ennen murtumistaan.

Materiaalin jännitys – venymäominaisuudet

Kun kiinteään materiaaliin ei kohdistu ulkoisia voimia, kaikki materiaalin muodostavat molekyylit värähtelevät tasapainoasentojensa ympäri. Tämä on molekyylien matalimman energian konfiguraatio, ja jos niitä siirretään pois tasapainoasemistaan, molekyylit pyrkivät palaamaan takaisin tasapainoasemiinsa. Teknisesti ottaen jännitys on näiden molekyylien välisten voimien mittaus. Jos materiaaliin ei kohdistu kiihtyvyyttä, molekyylien välisten voimien pitäisi olla tasapainossa materiaaliin vaikuttavien ulkoisten voimien kanssa. Näin ollen voimme saada tietoa jännityksestä mittaamalla kappaleeseen vaikuttavia ulkoisia voimia. Kappaleeseen kohdistuva jännitys () saadaan jakamalla kappaleeseen kohdistuva ulkoinen voima materiaalinäytteen poikkipinta-alalla.

Kun kappaleeseen kohdistuu jännitystä, se muodonmuutos tapahtuu. Venymä on mitta, joka antaa kappaleen pituuden muutoksen jaettuna alkuperäisellä pituudella. Venymälle annetaan yleensä tunnus . Jos altistamme materiaalinäytteen eri jännitystasoille, mittaamme vastaavat venymät ja laadimme sitten jännityksen ja venymän välisen kuvaajan, saamme niin sanotun jännitys-venymäkäyrän, joka on tietyn materiaalin ominaiskäyrä. Alla olevassa kuvaajassa on esitetty jännitys-venymäkäyrä tyypilliselle sitkeälle materiaalille, kuten teräkselle:

Jännitys-venymäkäyrä sitkeälle materiaalille

Mikä on myötölujuus

Kun materiaaliin kohdistuvaa jännitystä kasvatetaan hitaasti, nähdään, että venymä kasvaa alussa samassa suhteessa. Jos materiaaliin kohdistuvan jännityksen aiheuttava voima poistetaan, materiaali palaa alkuperäiseen muotoonsa. Kun materiaali kykenee tähän, sanomme, että materiaali on elastinen (ajattele kuminauhaa). Jos materiaaliin kohdistuva jännitys kasvaa jatkuvasti, materiaali saavuttaa lopulta pisteen, jossa se muuttuu niin muodottomaksi, ettei se pysty palaamaan alkuperäiseen muotoonsa, vaikka muodonmuutosvoimat poistettaisiinkin. Jännitystä, jossa materiaali lakkaa käyttäytymästä elastisesti, kutsutaan myötölujuudeksi. Kun materiaali ei pysty palaamaan alkuperäiseen muotoonsa, sanomme, että materiaali on plastista.

Mikä on vetolujuus

Esitellään, että materiaaliin kohdistuvia voimia kasvatetaan jatkuvasti yli myötölujuuden. Materiaali jatkaa muodonmuutosta, ja lopulta molekyylien väliset voimat eivät enää pysty vastustamaan ulkoisia voimia ja materiaali murtuu. Maksimijännitystä, jonka materiaali kestää ennen murtumista, kutsutaan vetolujuudeksi tai murtolujuudeksi.

Kun katsot yllä olevaa jännitys-muodonmuutoskäyrää, jännitys näyttää pienenevän, kun materiaali jatkaa venymistä. Tämä johtuu siitä, että näiden kaavioiden piirtämisessä käytetyissä jännityksen ja venymän määritelmissä ei oteta huomioon pinta-alan muutoksia, jotka tapahtuvat, kun materiaaliin kohdistetaan voimia. Sen sijaan tässä oletetaan, että pinta-ala pysyy vakiona. Tällaista jännityksen määritelmää, jossa ei oteta huomioon pinta-alan muutoksia, kutsutaan tekniseksi jännitykseksi. Jos pinta-alan muutos otetaan huomioon, jännitys-muodonmuutoskäyrästä nähdään, että kun materiaali venyy, myös jännitys kasvaa. Jännityksen määritelmää, joka ottaa huomioon jatkuvan pinta-alan muutoksen, kutsutaan todelliseksi jännitykseksi.

Muotoutumislujuuden ja vetolujuuden ero

Määritelmä:

Muotoutumislujuus on jännitys, joka saa aikaan sen, että materiaali menettää kimmoisan käyttäytymisensä.

Vetolujuus on maksimijännitys, jonka materiaali pystyy kestämään ennen kuin se murtuu.