Naprężenie
Stres to siła na jednostkę powierzchni ciała, która ma tendencję do zmiany jego kształtu.
Stres jest miarą sił wewnętrznych w organizmie pomiędzy jego cząstkami. Te siły wewnętrzne są reakcją na siły zewnętrzne działające na ciało, które powodują jego oddzielenie, ściśnięcie lub zsunięcie. Siły zewnętrzne to albo siły powierzchniowe, albo siły działające na ciało. Napięcie jest średnią siłą na jednostkę powierzchni, jaką cząstka ciała wywiera na sąsiednią cząstkę, na wyimaginowaną powierzchnię, która je oddziela.
Wzór na jednoosiowy stres normalny jest:
σ = F A {\i1}Displaystyle {\i0}== Frac {\i1}{\i1}(A)} 
gdzie σ jest naprężeniem, F jest siłą, a A jest powierzchnią.
W jednostkach SI siła jest mierzona w niutonach, a powierzchnia w metrach kwadratowych. Oznacza to, że naprężenie jest wyrażone w niutonach na metr kwadratowy, czyli w N/m2. Jednak naprężenie ma swoją własną jednostkę SI, zwaną paskalem. 1 pascal (symbol Pa) jest równy 1 N/m2. W jednostkach Imperial, naprężenie jest mierzone w funtach siły na cal kwadratowy, który jest często skracany do "psi". Wymiar naprężenia jest taki sam jak wymiar ciśnienia.
W mechanice kontinuum, obciążone zdeformowane ciało zachowuje się jak kontinuum. Tak więc, te wewnętrzne siły są rozmieszczone w sposób ciągły w obrębie objętości materialnego ciała. (To oznacza, że rozkład naprężeń w ciele jest wyrażony jako fragmentarycznie ciągła funkcja przestrzeni i czasu). Siły te powodują deformację kształtu ciała. Deformacja może prowadzić do trwałej zmiany kształtu lub uszkodzenia konstrukcji, jeśli materiał nie jest wystarczająco wytrzymały.
Niektóre modele mechaniki kontinuum traktują siłę jako coś, co może się zmienić. Inne modele patrzą na deformację materii i ciał stałych, ponieważ charakterystyka materii i ciał stałych jest trójwymiarowa. Każde podejście może dawać inne wyniki. Klasyczne modele mechaniki kontinuum zakładają średnią siłę i nie zawierają właściwie "czynników geometrycznych". (Geometria ciała stałego może być istotna dla podziału naprężeń i gromadzenia się energii podczas działania siły zewnętrznej).
Rys. 1.1 Naprężenia w obciążonym, odkształcalnym materialnym korpusie założonym jako kontinuum.
Rysunek 1.2 Naprężenie osiowe w pręcie pryzmatycznym obciążonym osiowo.
Rys. 1.3 Naprężenie normalne w pręcie pryzmatycznym (prostym o jednolitym przekroju poprzecznym). Naprężenia lub rozkład sił w przekroju poprzecznym pręta nie muszą być równomierne. Jednakże średnie naprężenie normalne σ a v g {\i0}sigma {\i0}mathrm {avg} }\,\! {y:
i}może być używany.
Rys. 1.4 Naprężenie ścinające w pręcie pryzmatycznym. Rozkład naprężeń lub siły w przekroju poprzecznym pręta nie musi być jednolity. Niemniej jednak, średnie naprężenie ścinające τ a v g {\i0}naprętem pryzmatycznym nie jest równomierne. }\,\! {y:
i}jest rozsądnym przybliżeniem.
Stres ścinający
Dalsze informacje: Stres ścinający
Proste naprężenia
W niektórych sytuacjach stres wewnątrz obiektu może być opisany za pomocą jednej liczby lub jednego wektora (liczby i kierunku). Trzy takie proste sytuacje stresowe to jednoosiowy stres normalny, prosty stres ścinający i izotropowy stres normalny.
Unijny stres normalny
Naprężenie rozciągające (lub rozciąganie) jest stanem naprężenia prowadzącym do wydłużenia; to znaczy, że długość materiału ma tendencję do zwiększania się w kierunku rozciągania. Objętość materiału pozostaje stała. Gdy na ciało działają równe i przeciwstawne siły, wówczas naprężenie spowodowane tą siłą nazywane jest naprężeniem rozciągającym.
Dlatego w materiale jednoosiowym długość zwiększa się w kierunku naprężenia rozciągającego, a pozostałe dwa kierunki zmniejszają się. W jednoosiowym sposobie rozciągania, naprężenie rozciągające jest indukowane przez siły rozciągające. Naprężenie rozciągające jest przeciwieństwem naprężenia ściskającego.
Elementami konstrukcyjnymi poddawanymi bezpośredniemu rozciąganiu są liny, kotwy gruntowe i gwoździe, śruby itp. Belki narażone na działanie momentów zginających mogą zawierać naprężenia rozciągające, jak również naprężenia ściskające i/lub ścinające.
Naprężenie rozciągające może być zwiększone aż do osiągnięcia wytrzymałości na rozciąganie, czyli stanu granicznego naprężenia.
Stres w ciałach jednowymiarowych
Wszystkie prawdziwe obiekty zajmują trójwymiarową przestrzeń. Jeśli jednak dwa wymiary są bardzo duże lub bardzo małe w porównaniu z innymi, obiekt może być modelowany jako jednowymiarowy. Upraszcza to modelowanie matematyczne obiektu. Do obiektów jednowymiarowych zalicza się kawałek drutu załadowany na końcach i oglądany z boku oraz blachę metalową załadowaną na powierzchnię czołową i oglądaną z bliska i przez przekrój poprzeczny.
Powiązane strony
- Napięcie
- Gięcie
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest naprężenie?
O: Naprężenie to siła działająca na jednostkę powierzchni ciała, która powoduje zmianę jego kształtu. Jest to miara sił wewnętrznych w ciele pomiędzy jego cząstkami i jest to średnia siła na jednostkę powierzchni, jaką cząstka ciała wywiera na sąsiednią cząstkę na wyimaginowanej powierzchni, która je dzieli.
P: Jak siły zewnętrzne wpływają na naprężenia?
O: Siły zewnętrzne są albo siłami powierzchniowymi, albo siłami ciała i powodują odkształcenie kształtu ciała, co może prowadzić do trwałej zmiany kształtu lub uszkodzenia konstrukcji, jeżeli materiał nie jest wystarczająco mocny.
P: Jaki jest wzór na jednoosiowe naprężenie normalne?
O: Wzór na jednoosiowe naprężenie normalne to σ = F/A, gdzie σ to naprężenie, F to siła, a A to pole powierzchni. W jednostkach układu SI siłę mierzy się w niutonach, a powierzchnię w metrach kwadratowych, co oznacza, że naprężenie byłoby równe niutonom na metr kwadratowy (N/m2). Istnieje jednak własna jednostka SI dla naprężeń zwana paskal (Pa), która jest równa 1 N/m2. W jednostkach imperialnych naprężenie byłoby mierzone w funtach na cal kwadratowy (psi).
P: Co mechanika kontinuum zakłada na temat siły?
O: Klasyczne modele mechaniki kontinuum zakładają średnią siłę i nie uwzględniają właściwie czynników geometrycznych - to znaczy nie biorą pod uwagę tego, jak geometria wpływa na gromadzenie się energii podczas działania siły zewnętrznej.
P: Jak to się dzieje, że różne modele dają różne wyniki w przypadku deformacji materii i ciał stałych?
O: Różne modele różnie patrzą na deformację materii i ciał stałych, ponieważ właściwości materii i ciał stałych są trójwymiarowe - dlatego każde podejście uwzględnia inne aspekty, co może prowadzić do różnych wyników.
P: Jak mechanika continuum traktuje obciążone ciała odkształcalne?
O: Mechanika kontinuum traktuje obciążone ciała odkształcalne jako kontinua - co oznacza, że siły wewnętrzne są rozłożone w sposób ciągły w objętości ciała materialnego, a nie skoncentrowane w pewnych punktach, jak w modelach klasycznych.
