Trong các phần trước, chúng ta đã tìm hiểu về mối quan hệ giữa ứng suất và độ biến dạng dựa trên vật liệu thép mềm.
Tuy nhiên, biểu đồ ứng suất – độ biến dạng sẽ khác nhau tùy vào từng loại vật liệu, như được minh họa dưới đây.
Nhìn vào biểu đồ trên, bạn có thể thấy rằng:
- Vật liệu giòn (đường màu cam) khó kéo giãn nên độ biến dạng trước khi đứt là rất nhỏ.
- Ngược lại, các vật liệu dẻo, dễ kéo giãn (đường màu xanh) có thể chịu được độ biến dạng lớn trước khi đứt.
Vật liệu giòn đúng như tên gọi, là những vật liệu dễ vỡ, chẳng hạn như kính, bê tông. Trong kim loại, gang là đại diện tiêu biểu của vật liệu giòn. Các vật liệu này gần như không giãn dài trước khi bị gãy.
Vật liệu dẻo là những vật liệu có thể kéo dài trước khi đứt, chẳng hạn như nhôm, nhựa, cao su. Trong kim loại, thép không gỉ là một vật liệu dẻo tiêu biểu.
Thép mềm cũng thuộc nhóm vật liệu dẻo, nhưng có đặc điểm riêng là xuất hiện điểm chảy (giới hạn chảy) rồi mới kéo giãn và đứt.
Như vậy, biểu đồ ứng suất – độ biến dạng sẽ khác nhau tùy vật liệu.
Khi thiết kế máy móc, bạn cần phải hiểu rõ các tính chất cơ học này để lựa chọn vật liệu phù hợp.
Ví dụ:
- Khi tính toán độ bền cho các bộ phận sử dụng thép mềm SS400, người ta xác định ứng suất cho phép và hệ số an toàn dựa vào cường độ kéo hoặc giới hạn chảy.
- Tuy nhiên, với các vật liệu như thép không gỉ hoặc nhôm, không tồn tại điểm chảy rõ ràng như thép mềm.
Trong trường hợp này, người ta thường áp dụng quy ước lấy trạng thái vật liệu còn lại 0,2% độ biến dạng vĩnh viễn sau khi gỡ bỏ tải trọng làm tiêu chuẩn thay thế cho giới hạn chảy.
Độ biến dạng vĩnh viễn 0,2% nghĩa là:
- Nếu mẫu vật dài 1000mm, sau khi kéo, nó dài 1002mm.
- Khi bỏ tải trọng, vật không thể quay về chiều dài ban đầu, mà vẫn còn dư ra 2mm (do sự trượt không thể đảo ngược giữa các nguyên tử bên trong vật liệu).
Vì vậy, đối với các vật liệu dẻo không có điểm chảy rõ ràng, người ta thường sử dụng ứng suất tại độ biến dạng vĩnh viễn 0,2% để làm tiêu chuẩn đánh giá độ bền — gọi là giới hạn bền .
Kết luận tổng quát:
Trong bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu chi tiết về ứng suất và độ biến dạng.
- Ứng suất là đại lượng đo lực tác động trên mỗi đơn vị diện tích. Ngoài ứng suất kéo, còn có ứng suất nén, ứng suất cắt.
- Độ biến dạng là tỷ lệ giữa độ thay đổi chiều dài và chiều dài ban đầu.
Trong vùng đàn hồi, ứng suất và độ biến dạng có mối quan hệ tỷ lệ thuận.
Độ dốc của đường cong trong vùng đàn hồi chính là modul Young — đại lượng thể hiện mức độ khó biến dạng của vật liệu. Modul Young càng lớn, vật liệu càng khó kéo giãn.
Nếu bạn biết ứng suất hoặc độ biến dạng của vật liệu, bạn có thể dễ dàng tính được đại lượng còn lại.
Nếu bạn cảm thấy chưa rõ về phần nào, hãy quay lại các phần trước để ôn tập.
