Materiaalimallilla kuvataan matemaattisesti aineen muodonmuutosten ja jännitystilan suhdetta.
Elastisuus ja plastisuus
Materiaalin muodonmuutoksen sanotaan olevan elastinen, kun kuormituksen poistuessa materiaali palautuu alkuperäiseen muotoonsa.
Materiaalin muodonmuutoksen sanotaan olevan plastinen, kun kuormituksen poistuessa materiaali ei palaudu alkuperäiseen muotoonsa.
Lineaarisesti kimmoisa materiaali
Lineaarisesti kimmoisalla (lineaarielastisella) materiaalilla jännitysten ja muodonmuutosten välinen suhde on linaarinen. Materiaali noudattaa tällöin Hooken lakia
σ = Eε, jossa
-
σ = jännitys
-
E = kimmokerroin
-
ε = venymä
Todellinen materiaali
Todellisella materiaalilla jännitysten suhde muodonmuutoksiin ei ole lineaarinen. Alla olevassa kuvassa on esimerkki tyypillisen myötölujittuvan teräksen jännitys-venymä -käyrästä. Useimmat metallit, mukaan lukien tavalliset rakenneteräkset käyttäytyvät elastisesti jännitysten ollessa alle myötörajan.
Kuvassa
-
Myötöraja
-
Murtoraja
-
Murtuminen
Myötöraja
Myötörajalla tarkoitetaan jännitystä, joka tarvitaan pysyvien muodonmuutoksien syntymiseen eli myötämiseen. Kun materiaalin myötöraja ylittyy, muodonmuutokset ovat plastisia, eli materiaali ei palaudu alkuperäiseen muotoonsa.
Murtoraja
Murtorajalla tarkoitetaan jännitystä, joka tarvitaan rakenteen murtumiseen.
Materiaalin sitkeys
Materiaalin sitkeydellä kuvataan sen käyttäytymistä murtumistilanteessa.
Sitkeällä materiaalilla tapahtuu aina kohtuullisen paljon pysyvää, plastista muodonmuutosta ennen murtumista. Tällöin murtuminen voidaan yleensä havaita ajoissa.
Hauraalla materiaalilla murtoraja voi olla yhtä matala tai jopa matalampi kuin myötöraja. Hauraan materiaalin murtumisessa ei esiinny plastista muodonmuutosta ennen murtumaa. Tällöin murtuminen tapahtuu äkillisesti ja sitä on vaikea ennakoida.