18.4: Wykres naprężenia-odkształcenia - Materiały kruche

Kruche materiały, w tym szkło, żeliwo i kamień, wykazują unikalne właściwości. Pękają bez znaczących zmian w szybkości wydłużania, co wskazuje, że ich wytrzymałość na zerwanie i wytrzymałość końcowa są równoważne. Materiały takie wykazują również niższy poziom odkształcenia w miejscu zerwania. Zniszczenie materiałów kruchych wynika głównie z naprężeń normalnych, o czym świadczy pęknięcie powstałe na powierzchni prostopadłej do przyłożonego obciążenia. Materiały te nie wykazują znacznego przewężenia. Przewężanie to miejscowe zmniejszenie pola przekroju poprzecznego pod wpływem naprężenia. Interesującym aspektem większości kruchych materiałów jest ich wyższa wytrzymałość końcowa przy ściskaniu niż przy rozciąganiu, głównie z powodu mikroskopijnych defektów, takich jak pęknięcia lub wnęki, które mogą osłabić materiał pod naprężeniem rozciągającym, ale mają minimalny wpływ na jego wytrzymałość na ściskanie.

Beton, powszechny materiał kruchy, zachowuje się inaczej pod wpływem rozciągania i ściskania. Wykres naprężenia-odkształcenia pod napięciem pokazuje liniowy zakres sprężystości aż do granicy plastyczności, po którym następuje szybki wzrost odkształcenia aż do zerwania. W przeciwieństwie do tego beton wykazuje większy liniowy zakres sprężystości pod ściskaniem, a pęknięcie nie występuje nawet przy maksymalnym naprężeniu. Zamiast tego naprężenie maleje wraz ze wzrostem odkształcenia, aż do pęknięcia. Co ważne, moduł sprężystości, wskazany na krzywej naprężenia-odkształcenia przez nachylenie przekroju liniowego, pozostaje stały zarówno przy rozciąganiu, jak i ściskaniu w przypadku większości kruchych materiałów.

Kruche materiały, pod wpływem naprężeń rozciągających, nie wydłużają się zbytnio przed pęknięciem, co oznacza, że ich wytrzymałość końcowa i zrywająca są identyczne. W porównaniu z materiałami ciągliwymi charakteryzują się mniejszym odkształceniem podczas pękania.

Występuje wzdłuż powierzchni prostopadłej do obciążenia, co wskazuje, że przyczyną uszkodzenia są przede wszystkim naprężenia normalne.

Kruche materiały nie ulegają zauważalnym szyjkom pod wpływem naprężeń.

Większość kruchych materiałów ma wyższą wytrzymałość końcową na ściskanie niż na rozciąganie, głównie z powodu mikroskopijnych wad, takich jak pęknięcia lub ubytki, które osłabiają materiał pod wpływem rozciągania.

Rozważmy wykres naprężenie-odkształcenie dla płyty, przykład kruchego materiału.

Pod wpływem naprężenia obserwuje się liniowy zakres sprężystości aż do granicy plastyczności, a następnie odkształcenie wzrasta szybciej niż naprężenie, aż do pęknięcia płyty.

Pod wpływem ściskania wykazuje większy liniowy zakres sprężystości, a pęknięcie nie występuje, gdy naprężenie osiąga swój szczyt. Zamiast tego stres zmniejsza się, podczas gdy napięcie nadal rośnie, aż do pęknięcia.

Moduł sprężystości, reprezentowany przez nachylenie obszaru liniowego, jest równy zarówno pod względem ściskania, jak i rozciągania dla większości kruchych materiałów.