تغییر شکل (مهندسی): تفاوت میان نسخه‌ها

تغییر شکل در [[علم مواد]]، به تغییر شکل یا اندازه یک جسم با توجه به نیروی اعمال شده (انرژی تغییر شکل در این مورد از طریق کار منتقل می شود) یا تغییر در [[درجه حرارت]] (انتقال انرژی از طریق گرما) گفته می شود. مورد اول می تواند در نتیجه نیروهای کششی، نیروهای فشاری، نیروهای برشی، خمش یا [[پیچش]] باشد. در مورد دوم مهمترین عاملی که با درجه ی حرارت تعیین می شود، تحرک نقص های ساختاری مانند مرز بلورها،تهی جایی و نابه جایی در جامدات کریستالی و غیر کریستالی است. حرکت و یا جا به جایی این نقص های متحرک به صورت حرارتی فعال شده و توسط میزان نفوذ اتمی محدود می شود. تغییر شکل اغلب به عنوان [[کرنش]] در نظر گرفته می شود.

همانطور که تغییر شکل رخ می دهد، [[نیروهای داخلی]] بین مولکولی با نیروهای اعمال شده مخالفت می کنند. اگر نیروی اعمال شده خیلی زیاد نباشد این نیروها ممکن است برای مقاومت کامل در برابر نیروهای خارجی اعمال شده کافی باشند و به جسم اجازه دهند تا یک حالت سکون و تعادل جدید به خود بگیرد و بعد از برداشتن بار ( نیروی اعمال شده) به حالت اولیه خود بازگردد. یک نیروی اعمال شده ی بزرگتر ممکن است به تغییر شکل دائمی جسم و یا حتی به [[شکست سازه‌ای|شکست ساختاری]] آن منجر شود.

[[تغییر شکل کشسان]] به نوعی از تغییر شکل ملده گفته می شود که طی آن بر اثر تغییر در فاصله بین پیوندهای اتمی شکل ماده تغییر می کند. این نوع تغییر شکل برگشت پذیر است و زمان که بار از روی ماده بر داشته می شود، ماده شکل اولیه خود را باز می یابد. کشسان سنج ([[الاستومر]]) و [[آلیاژ حافظه‌دار|فلزات حافظه دار]] مانند [[نایتینول]] محدوده وسیع تغییر شکل را نشان می دهند همانطور که لاستیک این کار را می کند و رفتار کشسانی (الاستیسیته)این مواد غیر خطی است. در حالی که فلزات رایج،سرامیک ها و اغلب کریستال ها رفتار کشسانی خطی در محدوده به نسبت کوچک تری از خود نشان می دهند. تغییر شکل خطی کشسان از [[قانون هوک]] تبعیت می کند:

که در آن <math>\sigma</math> [[تنش]] اعمال شده، <math>E</math> ثابت کشسان که به افتخار توماس یانگ، [[مدول یانگ]] نیز نامیده می شود و ε [[کرنش]] به دست آمده است. این رابطه تنها در محدوده ی الاستیک به کار برده می شود و نشان می دهد که شیب منحنی تنش- کرنش می تواند برای یافتن مدول یانگ مورد استفاده قرار گیرد. مهندسان اغلب این محاسبه را در آزمون های کشش به کار می برند. ناحیه الاستیک هنگامی به پایان می رسد که مواد به نقطه [[تسلیم (مهندسی)|تسلیم]] برسند. در این نقطه [[تغییر شکل پلاستیک]] آغاز می شود. لازم است به این نکته توجه داشته باشید که تمام مواد الاستیک تحت تغییر شکل خطی الاستیک نیستند. برخی از جمله بتن، چدن خاکستری و بسیاری از پلیمر ها واکنش غیر خطی از خود نشان می دهند. بنابراین برای این مواد قانون هوک غیر قابل اعمال است.

این نوع تغییر شکل برگشت ناپذیر است. به هر حال، یک جسم در محدود ی تغییر شکل پلاستیک برای اولین بار دچار تغییر شکل الاستیک که برگشت پذیر است خواهد شد، بنابراین جسم در بخشی از راه به شکل اولیه خود بر خواهد گشت. [[ترموپلاستیک]] نرم محدوده تغییر شکل پلاستیک وسیع تری نسبت به فلزات جکش خوار مانند مس،نقره و طلا را داراست. فولاد هم همینطور عمل می کند اما چدن نه. [[ترموست]] سخت، لاستیک، کریستال ها و [[سرامیک ها]] دارای کمترین محدوده تغییر شکل پلاستیک می باشند. [[آدامس]] ماده ای است که محدوده وسیعی از تغییر شکل پلاستیک را داراست و می تواند ده ها بار از طول اولیه خود بیشتر کشیده شود.

یکی دیگر از مکانیسم های تغییر شکل، خستگی فلزات است که اصولاً در فلزات [[چکش خوار]] رخ می دهد. در ابتدا تصور می شد که یک ماده ی تغییر شکل یافته تنها در محدوده الاستیک با برداشتن بار به حالت اولیه خود باز می گردد. با این حال [[گسل ها]] در سطح مولکولی با هر تغییر شکل پدیدار می شوند. بعد از بسیاری از تغییر شکل ها، ترک ها شروع به ظاهر شدن می کنند و بعد از آن بدون هیچ تغییر شکل پلاستیک، گسیختگی رخ می دهد. بسته به نوع مواد، شکل و نحوه ی نزدیک شدن به حد الاستیکی که تغییر شکل یافته، شکست ممکن است نیازمند هزاران، میلیون ها یا میلیارد ها بار از این تغییر شکل ها باشد.

معمولاً [[تنش فشاری]] به میله ها، ستون ها و غیره اعمال می شود که نتیجه آن کوتاه شدن است.

بارگیری یک عضو سازه یا یک نمونه، تنش فشاری را تا رسیدن به [[مقاومت فشاری]] افزایش خواهد داد. با توجه به خواص مواد، شکست به صورت تسلیم در مواد با رفتار [[چکش خواری]] و [[انعطاف پذیری]] ( اغلب فلزات و برخی خاک ها و پلاستیک ها) و یا به صورت پارگی برای مواد غیر چکش خوار و ترد (چدن، شیشه) رخ خواهد داد.