13/01/2024

Đường cong Ứng suất – Biến dạng tựa như một chiếc CV của ứng viên, phản ánh cách vật liệu ứng xử khi chịu lực tác động, cung cấp thông tin về cường độ, độ cứng, độ dẻo và các giới hạn phá hoại của vật liệu. Khi nghiên cứu một vật liệu mới, đường cong Ứng suất – Biến dạng là một trong những đặc trưng đầu tiên cần xác định. Và từ đường cong này, những lý thuyết tính toán mới sẽ được phát triển.

Đường cong Ứng suất – Biến dạng hay đường cong Lực – Chuyển vị?

Cách một vật rắn biến dạng do tải trọng là hệ quả của các tính chất vật liệu của nó. Và có một câu hỏi mà không ít sinh viên học về kỹ thuật xây dựng hay chuyên ngành vật liệu đã đặt ra: Tại sao không xác định các tính chất vật liệu dựa trên mối quan hệ Lực – Chuyển vị (Force – Displacement Curve) mà thay vào đó, chúng ta lại sử dụng mối quan hệ Ứng suất – Biến dạng?

Điều này xuất phát từ thực tế là lực và chuyển vị là những đặc trưng bên ngoài (extrinsic properties) của vật liệu. Lực cần thiết để làm biến dạng vật liệu ở một mức độ nhất định phụ thuộc vào lượng vật liệu có mặt. Vì vậy, việc mô tả đặc tính của vật liệu dựa trên mối quan hệ lực – chuyển vị không có nhiều ý nghĩa vì điều đó sẽ không mang lại tính chất cơ học không đổi (dùng mối quan hệ Lực – Chuyển vị thì mặc dù cùng 1 vật liệu nhưng sẽ có tính chất cơ học khác nhau tùy vào lượng vật liệu đang có).

Trong khi đó, ứng suất và biến dạng là những đặc trưng tương ứng với lực và chuyển vị, nhưng chúng là những thuộc tính nội tại (intrinsic properties) của vật liệu. Ví dụ, một thanh thép có đường kính phi 10 có thể chịu ứng suất kéo giống như thanh thép có đường kính phi 20. Đường cong Ứng suất – Biến dạng có thể đại diện cho vật liệu mà không phụ thuộc vào lượng vật liệu hiện hữu.

Ảnh: PhysicsPaper, Simscale