機械性質
真實應力與應變(true stress and strain)
想像拉一塊太妃糖:當它中間變細時,同樣的拉力現在被擠過更瘦的頸部,所以那一點被加工得比粗胖的兩端劇烈得多。工程應力忽略了這件事——它永遠除以原始寬度。真實應力與真實應變則是誠實的帳,用的是每一瞬間「實際」正在縮小的橫截面與當下的長度。
真實應力是 sigma_T = F / A_i,力除以瞬間(當下)面積 A_i,而不是原始的 A0。真實應變是 epsilon_T = ln(L_i / L0),是一連串微小分數拉伸的累加,而非一個大分數。因為被拉的棒會變細(塑性流動時體積大致守恆),當下面積比原始面積小,所以一旦塑性拉伸開始,真實應力永遠高於工程應力。對小應變兩者非常接近:在 0.2 percent 應變時,兩者只差不到一個百分點的零頭。
這很重要,因為工程應力應變曲線在峰值之後會「向下彎」(看起來材料頸縮時變弱了),但材料其實仍在硬化——真實應力曲線會一路上升直到斷裂。工程師引用工程值,因為它們直接對應到已知原始尺寸零件上的載重;而冶金學家與任何在模擬成形(輥軋、鍛造、深抽)的人則用真實應力與應變,因為那才是金屬真正經歷的。
在即將斷裂的鋼棒頸部,工程應力可能顯示 500 MPa(用原始面積算),而真實應力已超過 800 MPa,因為頸部已縮到起始寬度的一小部分。
工程曲線的下彎是「除以原始面積」造成的假象——真實曲線其實一路攀升。
抗拉峰值之後看似的軟化並不是真的變弱,而是「用原始面積」這個慣例造成的。如真實應力曲線所示,材料一直到斷裂都還在加工硬化。
又称
另见