Krzywa otrzymana przy rozciąganiu próbki stali okrągłej

Pdap — obciążenie dopuszczalne dla danego elementu nośnego zgodnie z normami i przepisami, ok — krańcowe naprężenie jednostkowe, właściwe dla danego materiału (czyli jego wytrzymałość),

F — pole sprawdzanego przekroju elementu nośnego. Ułamek — nie jest niczym innym, jak dopuszczalnym naprężeniem, określonym zazwyczaj normami lub przepisami właściwych władz. Normy dopuszczalnych obciążeń ustalone są dla każdego znanego materiału i dla rozmaitych rodzajów naprężeń (rozciągających, zginających itd.). Dla wielu materiałów różnicuje się normy dla obciążenia działającego stale i zmiennie i dla rozmaitych warunków pracy. Są wreszcie materiały, w stosunku do których dopuszczane naprężenia tego samego rodzaju są zróżnicowane zależnie od kierunku ich działania na materiał. Chodzi tutaj o materiały posiadające wyraźnie określoną strukturę wewnętrzną (np. włóknistą lub warstwową). Dla drewna inny jest wskaźnik dopuszczalnego naprężenia ścinającego w kierunku w poprzek włókien (większy), a inny — w kierunku równoległym do nich.

Wyniki eksperymentalnego ustalania wytrzymałości materiału omówimy na przykładzie wytrzymałości stali na rozciąganie. Na rysunku 34 przedstawiona została krzywa otrzymana przy rozciąganiu próbki stali okrągłej. Na osi poziomej naniesiono wydłużenie próbki w procentach jej pierwotnej długości, a na osi pionowej — naprężenie rozciągające działające na stal w kg/cm2 przekroju. Do punktu P, w którym działa już naprężenie ponad 2 000 kg/cm2, wykres przebiega prosto, co oznacza linearną zależność wydłużenia od wielkości działającej siły. Jest to strefa, w której działa prawo Hooka, mówiące, że odkształcenie sprężyste jest proporcjonalne do działającej siły. Dlatego też punkt P nazywamy granicą proporcjonalności. Do punktu S, a więc do naprężenia ponad 2400 kg/cm2, odkształcenie jest nadal sprężyste, co oznacza, że próbka po ustąpieniu siły naciągającej powraca do pierwotnych rozmiarów. Po przekroczeniu granicy sprężystości odkształcenia spowodowane dalszym wzrostem siły rozciągającej pozostają jako trwałe wydłużenie. Mówimy wówczas o odkształceniu plastycznym.

Przy dalszym wzroście siły stal znów przez pewien czas zachowuje się sprężyście, powracając jednak tylko do długości osiągniętej po przekroczeniu granicy sprężystości, co wskazuje na trwałość zmian, które zaszły w strukturze międzycząstecz- kowej. Dalsze odkształcenie postępuje w sposób plastyczny aż do naprężenia krańcowego, które przez krótki okres może nawet być wyższe od naprężenia powodującego rozerwanie.

Jeżeli teraz przyjmiemy podwojony współczynnik bezpieczeństwa, to naprężenie dopuszczalne wypadnie jeszcze w granicy sprężystości. Pozostaje więc nie wykorzystana rezerwa prawie 2000 kg/cm2. Jednak zmniejszenie współczynnika bezpieczeństwa spowoduje wkroczenie naprężeń dopuszczalnych w strefę odkształceń plastycznych, co w budownictwie uważano dotychczas za wykluczone. Badania przeprowadzone w ciągu ostatnich kilkunastu lat wskazują na możliwość osiągania dużych oszczędności materiałowych przez wykorzystanie rezerw wytrzymałości występujących w strefie odkształceń plastycznych.