Ελαστική καταπόνηση και καταπόνηση

Όταν ένα υλικό υφίσταται φόρτωση, λαμβάνει χώρα παραμόρφωση. Αυτή η παραμόρφωση μπορεί να είναι ελαστική ή πλαστική. Τι είναι λοιπόν η ελαστική και η πλαστική παραμόρφωση; Εάν το σώμα ανακτήσει το σχήμα και το μέγεθός του μετά την αφαίρεση της δύναμης παραμόρφωσης, τότε αυτή η παραμόρφωση ονομάζεται ελαστική παραμόρφωση και το σώμα ονομάζεται ελαστικό σώμα. Αν δεν ξαναβρεί το αρχικό του σχήμα και μέγεθος τότε είναι πλαστικό σώμα. Εδώ η δύναμη παραμόρφωσης αναφέρεται στη δύναμη που είναι υπεύθυνη για την παραμόρφωση του σώματος. Σε αυτό το υλικό εστιάζουμε στην ελαστική παραμόρφωση. Ας συζητήσουμε περισσότερα για τις ελαστικές ιδιότητες και την ελαστική τάση και καταπόνηση.

Ελαστικότητα:

Η ελαστικότητα είναι μια ιδιότητα χάρη στην οποία ένα σώμα ανακτά το αρχικό του σχήμα και μέγεθος μετά την αφαίρεση της παραμορφωτικής δύναμης. Και το σώμα που έχει ελαστικότητα ονομάζεται ελαστικό σώμα.

Άγχος:

Το στρες ορίζεται ως η εσωτερική δύναμη επαναφοράς ανά μονάδα επιφάνειας. Ας πάρουμε ένα παράδειγμα. Αν ασκήσουμε δύναμη σε ένα ελαστικό σύρμα, αυτό επιμηκύνεται. Μετά από λίγο όταν αφαιρέσουμε τη δύναμη τότε το λάστιχο ανακτά το αρχικό του σχήμα και μέγεθος. Τώρα το ερώτημα είναι ποια είναι η υπεύθυνη δύναμη που οδηγεί πίσω το λάστιχο στην αρχική του θέση; Μπορεί να εξηγηθεί ως εξής:Μια εσωτερική δύναμη αναπτύσσεται όταν εφαρμόζουμε την εξωτερική δύναμη. Το μέγεθος αυτής της δύναμης αποκατάστασης αυξάνεται καθώς αυξάνεται η επιμήκυνση του σύρματος. Όταν αφαιρέσουμε την εξωτερική δύναμη, λόγω αυτής της δύναμης επαναφοράς το ελαστικό σύρμα επιστρέφει στο αρχικό του σχήμα και μέγεθος. Το στρες λοιπόν είναι η δύναμη αποκατάστασης ανά μονάδα επιφάνειας που δρα μέσα στο σώμα.

Μονάδα:Nm-2

Διαφορά μεταξύ πίεσης και στρες:

Τόσο η πίεση όσο και η πίεση έχουν την ίδια μονάδα και διάσταση, αλλά δεν είναι η ίδια φυσική ποσότητα. Πίεση είναι η εξωτερική δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας όπου η τάση είναι η εσωτερική δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας. Η πίεση είναι ένα εξωτερικό φαινόμενο όπου το άγχος είναι ένα εσωτερικό φαινόμενο.

Τύποι άγχους:

Διάφοροι τύποι στρες περιγράφονται παρακάτω:

• Τάσεις εφελκυσμού και θλίψης:Οι εφελκυστικές ή θλιπτικές τάσεις είναι απλώς δύναμη που ασκείται κάθετα ανά μονάδα επιφάνειας. Η τάση εφελκυσμού ορίζεται για τη δύναμη εφελκυσμού, ενώ η θλιπτική τάση ορίζεται για τη δύναμη θλίψης.

Στρες =FA 

Όπου F είναι το μέγεθος της κάθετης δύναμης στην περιοχή A.

• Διατμητική τάση:Διατμητική τάση επίσης δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας, αλλά εδώ το διάνυσμα δύναμης δεν είναι κάθετο στην επιφάνεια, το διάνυσμα δύναμης βρίσκεται στο επίπεδο της επιφάνειας. Ή μπορούμε να ορίσουμε τη δύναμη ως εφαπτομενική δύναμη σε μια δεδομένη επιφάνεια.

Διατμητική τάση=FA 

Όπου F είναι το μέγεθος της δύναμης που επενεργεί εφαπτομενική στην επιφάνεια που έχει εμβαδόν A.

1. Ογκομετρική πίεση:Αν ασκούσαμε δύναμη στον συνολικό όγκο ενός σώματος. Ας πάρουμε ένα παράδειγμα ότι όταν ένα σώμα είναι βυθισμένο στο νερό, τότε η υδροστατική δύναμη που ασκείται στη συνολική επιφάνεια, είναι επίσης μια δύναμη τύπου πίεσης. Άρα αυτή η δύναμη πίεσης ανά μονάδα επιφάνειας ονομάζεται ογκομετρική τάση.

Στραγγίστε

Η παραμόρφωση ορίζεται ως η αλλαγή στο σχήμα, το μήκος ή τον όγκο ανά μονάδα σχήματος, μήκους ή όγκου.

Ας θεωρήσουμε ότι μια ράβδος μήκους L διέρχεται από μια ελαστική παραμόρφωση από τη δράση μιας δύναμης εφελκυσμού. Τώρα, το μήκος της ράβδου είναι L+L.

Όπου η αλλαγή στο μήκος =L και το αρχικό μήκος =L

Στέλεχος =Αλλαγή σε μήκοςΑρχικό μήκος=LL

Το στέλεχος είναι μια μονάδα λιγότερη φυσική ποσότητα.

Τύποι στελέχους

Παρόμοια με το στρες, το Στέλεχος ταξινομείται επίσης με παρόμοιο τρόπο.

1. Διάμηκη παραμόρφωση:Η διαμήκης παραμόρφωση σχηματίζεται λόγω της επιμήκυνσης προς την κατεύθυνση του μήκους λόγω εφελκυστικής ή θλιπτικής τάσης. Εάν το μήκος αυξάνεται μετά την παραμόρφωση ονομάζεται τάση εφελκυσμού και εάν το μήκος μειωθεί από το αρχικό του μήκος μετά την παραμόρφωση ονομάζεται θλιπτική παραμόρφωση.

Διαμήκης καταπόνηση=Ll

Όπου L=αλλαγή μήκους

Και L=Αρχικό μήκος

2. Διατμητική τάση:Η διατμητική τάση δημιουργείται όταν μια διατμητική τάση δρα σε μια διατομή. Για να κατανοήσουμε αυτό το στέλεχος, ας πάρουμε ένα παράδειγμα σώματος με τετράγωνη διατομή. Οι δυνάμεις ενεργούν παράλληλα με το τετράγωνο τμήμα όπως φαίνεται στο σχήμα.

Από το σχήμα, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η συνολική δύναμη και η συνολική ροπή στη διατομή είναι μηδέν. Πράγμα που σημαίνει ότι το σώμα βρίσκεται σε περιστροφική και μεταφορική ισορροπία. Άρα λόγω της διατμητικής δύναμης λαμβάνει χώρα παραμόρφωση όπως σημειώνεται στο σχ.

Διατμητική παραμόρφωση =DD’AD=h 

3. Καταπόνηση όγκου:Όταν μια ογκομετρική τάση δρα σε ένα σώμα, τότε ο όγκος του σώματος αλλάζει. Η καταπόνηση όγκου ορίζεται ως η αλλαγή του όγκου στον αρχικό του όγκο.

Ας θεωρήσουμε ένα σώμα με όγκο V. Μετά την παραμόρφωση, ο όγκος του γίνεται V+V, τότε η μεταβολή του όγκου είναι V.

Ως εκ τούτου, ογκομετρική καταπόνηση =VV

Σχέση μεταξύ στρες και καταπόνησης:

Υπάρχει μια σχέση μεταξύ του στρες και της καταπόνησης ενός σώματος. Αυτό ονομάζεται νόμος του Χουκ.

Σύμφωνα με το νόμο του Hooke, η τάση είναι ανάλογη με την καταπόνηση (μέχρι το ελαστικό όριο)

Στρες ∝ Καταπόνηση

Ή Stress/Strain=constant

Αυτή η σταθερά ονομάζεται συντελεστής ελαστικότητας του Young.

Ή FA=LL

Συμπέρασμα 

Στη μηχανική υλικών και την επιστήμη, υπάρχουν διάφορες μελέτες και εφαρμογές των ιδιοτήτων ελαστικότητας του υλικού. Όταν η πίεση σε ένα υλικό αυξάνεται, λαμβάνουν χώρα διάφορες αλλαγές που περιγράφονται από διάφορα όρια. Αυτό το υλικό μελέτης αποτελείται από σημειώσεις σχετικά με την ελαστική ιδιότητα, τον ορισμό της τάσης και της τάσης, τους τύπους τάσης και καταπόνησης κ.λπ.