Vad är elastisk gräns?

Den elastiska gränsen för ett material är en viktig övervägning inom civil, mekanisk och rymdteknik och design. Elastisk gräns, även kallad flytpunkt, är en övre gräns för spänningen som kan appliceras på ett material innan det deformeras permanent. Denna gräns mäts i pund per kvadrat tum (psi) eller Newton per kvadratmeter, även känd som pascals (Pa).

Elastisk gräns är en funktion av materialets elasticitet. Elasticitet är förmågan hos ett material att återgå till sin ursprungliga form eller dimensioner efter att en last eller spänning har tagits bort. Alla material deformeras när en spänning eller belastning appliceras. Strain är ett mått på mängden deformation som uppstår när ett material är under spänning.

Elastisk belastning uppstår när ett material utsätts för låg spänning. Det kommer att försvinna efter att spänningen har tagits bort och materialet återgår till sitt ursprungliga tillstånd. Plaststam kommer att uppstå vid spänningar över den elastiska gränsen. Ett material som upplever plastspänning kommer inte helt att återhämta sig och återgå till sina ursprungliga dimensioner efter att spänningen har tagits bort.

Denna egenskap kan illustreras med exemplet på en fjäder. Om en vikt hängs på ena änden av en fjäder, med motsatt ände fast, kommer den att förlänga fjädern. Om en liten mängd vikt appliceras och sedan tas bort kommer fjädern att återgå till sin ursprungliga längd. Om för mycket vikt appliceras på våren deformeras den permanent och återgår inte till sin ursprungliga längd när vikten tas bort. Fjädern har genomgått plastisk deformation eftersom spänningen orsakad av vikten överskred den elastiska gränsen.

Material har ett mätbart samband mellan applicerad stress och den resulterande belastningen. Detta förhållande kan plottas i en stress-belastningskurva. Lutningen för spänningskraftkurvan förblir konstant i det område där elastisk belastning inträffar. Den elastiska gränsen är den punkt där den applicerade spänningen orsakar en början av permanent deformation, och lutningen på spänning-töjningskurvan förändras.

Inte alla material har en elastisk gräns. Duktilitet är ett mått på mängden permanent deformation innan fullständigt misslyckande. Duktila material, som stål och mässing, kommer att uppleva en stor mängd plastisk deformation innan ultimat fel uppstår. Sköra material, som glas och betong, kommer att visa liten eller ingen plastisk deformation, och fullständigt fel uppstår ofta omedelbart efter att ett kritiskt värde på spänningen har uppnåtts. Av detta skäl har spröda material vanligtvis inte en sträckgräns.