Što je elastična granica?

Granica elastičnosti materijala važno je razmatranje u civilnom, mehaničkom i zrakoplovnom inženjerstvu i dizajnu. Granica elastičnosti, također poznata kao granica tečenja, gornja je granica za naprezanje koje se može primijeniti na materijal prije nego što se trajno deformira. Ova granica se mjeri u funtama po kvadratnom inču (psi) ili Newtonima po kvadratnom metru, također poznatim kao paskali (Pa).

Granica elastičnosti je funkcija elastičnosti materijala. Elastičnost je sposobnost materijala da se vrati u svoj izvorni oblik ili dimenzije nakon uklanjanja opterećenja ili naprezanja. Svi materijali će se deformirati kada se primijeni naprezanje ili opterećenje. Deformacija je mjera količine deformacije koja se javlja kada je materijal pod stresom.

Elastično naprezanje nastaje kada je materijal izložen niskom naprezanju. Nestat će nakon uklanjanja naprezanja, a materijal će se vratiti u prvobitno stanje. Plastično naprezanje će se pojaviti pri naprezanjima iznad granice elastičnosti. Materijal koji doživljava plastično naprezanje neće se u potpunosti oporaviti i vratiti u svoje izvorne dimenzije nakon uklanjanja naprezanja.

Ovo svojstvo može se ilustrirati na primjeru opruge. Ako je uteg obješen na jedan kraj opruge, s fiksiranim suprotnim krajem, produžit će oprugu. Ako se nanese mala količina težine, a zatim ukloni, opruga će se vratiti na svoju izvornu duljinu. Ako se na oprugu stavi prevelika težina, ona će se trajno deformirati i neće se vratiti na prvobitnu duljinu kada se uteg ukloni. Opruga je doživjela plastičnu deformaciju jer je naprezanje uzrokovano težinom premašilo granicu elastičnosti.

Materijali imaju mjerljiv odnos između primijenjenog naprezanja i rezultirajućeg naprezanja. Taj se odnos može ucrtati u krivulju naprezanje-deformacija. Nagib krivulje naprezanje-deformacija ostaje konstantan u području gdje se javlja elastična deformacija. Granica elastičnosti je točka u kojoj primijenjeno naprezanje uzrokuje početak trajne deformacije, a nagib krivulje naprezanje-deformacija se mijenja.

Nemaju svi materijali granicu elastičnosti. Duktilnost je mjera količine trajne deformacije prije potpunog loma. Duktilni materijali, poput čelika i mjedi, doživjet će veliku količinu plastične deformacije prije nego što dođe do konačnog kvara. Krhki materijali, poput stakla i betona, pokazat će malu ili nikakvu plastičnu deformaciju, a potpuni lom često se događa odmah nakon što se postigne kritična vrijednost naprezanja. Iz tog razloga, krhki materijali obično nemaju granicu tečenja.