من به بیان ساده بگم مفهموم تنش و کرنش و کشش
در حرکت چرخشی و انتقالی یک جسم صلب ، ما فرض میکنیم که جسم صلب به دلیل نیروهای اعمال شده دچار هیچگونه تغییر شکل نشده است. اما اشیا هنگام اعمال نیرو تغییر شکل می دهند. آنها می توانند کشش ، فشرده سازی ، پیچ خوردن یا شکستن داشته باشند. به عنوان مثال وقتی نیرویی به انتهای سیم وارد می شود و سیم کشیده می شود ، طول سیم افزایش می یابد. به طور کلی ، وقتی نیرویی در واحد سطح به عنوان تنش به یک جسم وارد شود ، ممکن است ذرات موجود در جسم در مقایسه با آرایش بدون تنش آنها ، جابجا شوند. فشار یک اندازه گیری نرمال از این تغییر شکل است. به عنوان مثال ، کشش کششی در سیم کشیده شده یک تغییر جزئی در طول یک سیم تحت فشار است. تنش نه تنها ممکن است باعث تغییر طول شود ، بلکه ممکن است منجر به تغییر حجم شود زیرا هنگام غوطه ور شدن یک جسم در مایع رخ می دهد ،و سیال نیرویی در واحد سطح اعمال می کند که عمود بر سطح جسم است و در نتیجه یک کرنش حجمی ایجاد می کند که تغییر کسری در حجم جسم است. نوع دیگری از تنش که تحت عنوان تنش برشی شناخته می شود ، هنگامی رخ می دهد که نیروها به صورت مماسی بر سطح جسم وارد شده و منجر به تغییر شکل جسم شود. به عنوان مثال ، هنگامی که قیچی یک ماده نازک را برش می دهد ، تیغه های قیچی فشارهای برشی بر روی ماده ایجاد می کنند که باعث می شود یک طرف ماده به سمت پایین حرکت کند و طرف دیگر ماده به سمت بالا حرکت می کند، و در نتیجه یک برش ایجاد می شود . مواد تا زمان شکستن تغییر شکل می دهد.به عنوان تنش برشی هنگامی اتفاق می افتد که نیروها بر سطح جسم مماس شوند و در نتیجه تغییر شکل جسم ایجاد شود. . .یک میله با سطح مقطع A و طول l0 را در نظر بگیرید. دو نیرو با همان اندازه F عمودی در دو انتهای بخش کشش میله به طول l اعمال می شود ، جایی که تیر توسط کشیده شده است مقدار مثبت4 δl = l − l.نسبت نیروی عمود اعمال شده به سطح مقطع را تنش کششی می نامند ،$\begin{equation}\sigma_{T}=\frac{F_{\perp}}{A}\end{equation}$
نسبت مقداری که مقطع به طول اصلی کشیده شده است تنش کششی گفته می شود ،$\begin{equation}\varepsilon_{T}=\frac{\delta l}{l_{0}}\end{equation}$
به طور آزمایشی ، برای تنش های كافی كوچك ، برای بسیاری از مواد تنش و فشار به طور خطی متناسب هستند ،
توجه کنیم هنگامی که مواد تحت فشار هستند ، نیروهای انتهایی به سمت یکدیگر هدایت می شوند و یک تنش فشاری ایجاد می کنند و در نتیجه یک فشار فشاری ایجاد می کنند. برای کرنشهای فشاری ، اگر تعریف کنیم معادله برای تنشهای فشاری به شرطی که تنش فشاری خیلی بزرگ نباشد ، صادق است. برای بسیاری از مواد ، Young's Modulus هنگامی که مواد تحت کشش و فشرده سازی هستند ، یکسان است. چند استثنا important مهم وجود دارد. بتن و سنگ می توانند تحت فشارهای فشاری قرار بگیرند اما هنگام اعمال تنش کششی یکسان از کار می افتند. هنگام ساخت با این مواد ، مهم است که ساختار آن طوری طراحی شود که سنگ یا بتن هرگز تحت فشارهای کششی قرار نگیرد. به همین دلیل قوس ها به عنوان یک عنصر سازه ای معماری مورد استفاده قرار می گیرند.سطح ماده نیز ممکن است تحت تأثیر نیروهای مماسی تولید یک عمل برشی قرار گیرد. یک بلوک از ارتفاع h و منطقه A را در نظر بگیرید ، که در آن یک نیروی مماسی ، F به سطح فوقانی وارد می شود. سطح پایین ثابت نگه داشته می شود. سطح فوقانی با زاویه α متناظر با جابجایی افقی δx برش می یابد
تنش برشی به صورت نسبت نیروی مماسی به سطح مقطع سطحی است که بر روی آن عمل می کند ،$\begin{equation}\sigma_{S}=\frac{F_{\tan }}{A}\end{equation}$
کرنش برشی به صورت نسبت جابجایی افقی به ارتفاع بلوک تعریف شده است ،$\begin{equation}\alpha=\frac{\delta x}{h}\end{equation}$
برای بسیاری از مواد ، هنگامی که تنش برشی به اندازه کافی کوچک است ، آزمایش نشان می دهد که یک رابطه Hooke’s Law از این جهت تنش برشی متناسب با فشار برشی است ،
$\begin{equation}\frac{F_{\text {tan }}}{A}=S \frac{\delta x}{h} \quad \text { (Hooke's Law) }\end{equation}$
جایی که ثابت متناسب ، S ، مدول برشی نامیده می شود. هنگامی که زاویه تغییر شکل کوچک باشد ، $\delta x / h=\tan \alpha \simeq \sin \alpha \simeq \alpha$ ، و
$\begin{equation}\frac{F_{\text {tan }}}{A} \simeq \(S\) \alpha \quad \text { (Hooke's Law) }\end{equation}$
بیایید من مثال ساده بزنم روی یک ورق کاغذ اگر کاغذ را به آرامی خم کنیم ، و سپس نیروهای محدود کننده را آزاد کنیم ، ورق به حالت اولیه خود برمی گردد. این فرآیند خم شدن آرام برگشت پذیر است زیرا کاغذ رفتار الاستیک را نشان می دهد. نیروهای داخلی مسئول تغییر شکل محافظه کار هستند. اگرچه ما یک مدل ریاضی ساده برای انرژی پتانسیل نداریم ، اما می دانیم که انرژی مکانیکی در هنگام خم شدن ثابت است. می توانیم همان ورق کاغذ را برداشته و مچاله کنیم. وقتی کاغذ را آزاد می کنیم دیگر به برگ اصلی خود بر نمی گردد اما تغییر شکل دائمی خواهد داشت. نیروهای داخلی اکنون شامل نیروهای غیر محافظه کار بوده و انرژی مکانیکی کاهش می یابد. این رفتار پلاستیکی برگشت ناپذیر است.وقتی تنش بر روی ماده به طور خطی با فشار متناسب باشد ، مواد مطابق قانون Hooke’s رفتار می کنند. حد تناسب حداکثر مقدار تنش است که در آن مواد هنوز مطابق با قانون هوک است. اگر تنش بیش از حد تناسب افزایش یابد ، تنش دیگر از نظر خطی با فشار تناسب ندارد. با این حال ، اگر تنش به آرامی از بین برود ، مواد هنوز به حالت اولیه خود باز می گردند. این ماده رفتار الاستیکی دارد. اگر تنش بالاتر از حد تناسب باشد ، اما کمتر از حد الاستیک باشد ، تنش دیگر از نظر خطی با فشار تناسب ندارد. حتی در این منطقه غیرخطی ، اگر تنش به آرامی برداشته شود ، مواد به حالت اولیه خود برمی گردند. به حداکثر مقدار تنش که مواد در آن همچنان الاستیک باقی بماند حد الاستیک گفته می شود. برای تنشهای بالاتر از حد الاستیک ، وقتی تنش برداشته شود ، مواد به حالت اولیه خود برنخواهند گشت و برخی از تغییر شکلهای دائمی در آن قرار می گیرند ، حالتی که مجموعه ای دائمی نامیده می شود. از این رفتار به عنوان تغییر شکل پلاستیک یاد می شود. برای استرس کافی ، مواد شکسته می شوند. مقدار تنش شکستگی ماده به عنوان مقاومت کششی نهایی گفته می شود. .
$\sigma =\frac {M y}{I}$ پس مقاومت کششی نهایی یا مقاومت کششی یا کشش نهایی عبارت است از بیشینهٔ تنشی که یک جسم در هنگام کشیده شدن از طرفین، تا قبل از این که مقطع نمونه، به صورت قابل توجهی باریک شود، میتواند تحمل کند. مقاومت کششی، متضاد مقاومت فشاری بوده و مقادیرشان نیز ممکن است کاملاً متفاوت باشد.
مقاومت کششی نهایی با استفاده از نتایج آزمایش کشش و ثبت میزان تنش و کرنش نمونه مورد آزمایش به دست میآید. بالاترین نقطهٔ نمودار تنش-کرنش، همان مقاومت کششی است. میزان مقاومت کششی یک نمونه، به اندازهٔ آن بستگی ندارد. اگرچه به عوامل دیگری همچون آمادگی نمونه، سطح نمونه و دمای محیط آزمایش و نمونه ارتباط دارد.به عضوهایی که تنها تحت کشش یا فشار قرار داشته باشند، «عضوهای تحت بار محوری» (Axially Loaded Members) گفته میشود. میلههای مستقیم از متداولترین عضوهای تحت بار محوری به شمار میروند. علاوه بر این، فنرها و کابلهای موجود در سازههای مختلف نیز با هدف قرارگیری در شرایط بارگذاری محوری مورد استفاده قرار میگیرند.
استرس تنش مرتبه دوم است که آیا کشش یک بردار است.تنش همیشه در یک نقطه تعریف می شود اما کشش همیشه در یک صفحه خاص تعریف می شود
کشش اصطلاح عمومی تری است.استرس 6 جز component دارد اما کشش 3 جز دارد.
از تنسور تنش می توان برای تعیین کشش موثر بر روی هر سطح از جهت مشخص شده استفاده کرد. بنابراین ، هنگامی که این 6 components را شناختید ، می توانید کشش طبیعی و مماسی روی یک سطح را تعیین کنیدکشش نیرویی موازی با یک سطح است. در جهت کشش نمی تواند در آن صفحه تنش ایجاد کند. از این رو ، کشش مورد استفاده به عنوان جایگزین استرس باعث ایجاد سردرگمی در ذهن می شود. فقط component عادی یک نیروی وارد شده باعث ایجاد تنش می شود. یک نیروی وارد شده متمایل به نیروی نرمال و کشش تبدیل می شود ، componentعادی باعث ایجاد تنش می شود ، نه م componentلفه کشش. تنش در جهت نیروی وارد شده کار می کند. از این رو تنش کار بر روی یک صفحه شیب دار توسط مولفه sin (theta) که تتا زاویه بین نیروی اعمال شده و صفحه است کاهش می یابد. سپس تنش فوق به جز sin و cos تبدیل می شود تا استرس طبیعی و تنش برشی بدست آورد. تنش برشی نتیجه نیروی کشش نیست. این نظر شخصی من است.
آزمایش کشش ، همچنین به عنوان تست کشش شناخته می شود در آزمایشات بنیادی علوم و مهندسی مواد است که در آن یک نمونه تا زمان خرابی تحت کشش کنترل شده قرار می گیرد. خصوصیاتی که مستقیماً از طریق آزمایش کشش اندازه گیری می شوند ، مقاومت نهایی در برابر کشش ، مقاومت در برابر شکستگی ، حداکثر کشیدگی و کاهش سطح هستند. از این اندازه گیری ها می توان خصوصیات زیر را نیز تعیین کرد: مدول یانگ ، نسبت پواسون ، مقاومت تسلیم و خصوصیات سخت شدن کرنش. آزمایش کشش تک محوری معمولاً برای بدست آوردن مشخصات مکانیکی مواد ایزوتروپیک استفاده می شود. بعضی از مواد از تست کشش دو محور استفاده می کنند. تفاوت اصلی بین این ماشین های آزمایش در نحوه اعمال بار بر روی مواد است.آیا حجم تحت تنش کششی یا فشاری تغییر می کند؟بله ، میزان حجم تغییر می کند.تغییر نسبی حجم $ΔV/V$مکعب به دلیل کشش مواد:با استفاده از $V = L^3$ و$V + \Delta V = (L + \Delta L)\left(L + \Delta L'\right)^2$ و$\frac{\Delta V}{V} = \left(1 + \frac{\Delta L}{L} \right)\left(1 + \frac{\Delta L'}{L} \right)^2 - 1$ با استفاده از رابطه مشتق شده فوق بین ΔL و $\Delta L'$
و برای مقادیر بسیار کوچک ΔL و ΔL ′ ، بازده تقریبی مرتبه اول:$\frac {\Delta V} {V} = \left(1+\frac{\Delta L}{L} \right)^{1-2\nu} - 1$
برای مواد همسانگرد ، می توانیم از پارامترهای Lamé استفاده کنیم$\frac {\Delta V} {V} \approx (1-2\nu)\frac{\Delta L}{L}$
که در آن K مدول فله و E مدول الاستیک یا مدول Young است
کرنش واکنشی است از طرف مادهای که به آن تنش (Stress) وارد شده است. وقتی نیرویی بر روی قطعه ای اعمال میشود، این نیرو موجب ایجاد تنش و پس از آن باعث ایجاد تغییر شکل (Deform) در ماده میشود. مقدار تغییر شکل ماده در جهت نیروی اعمال شده، تقسیم بر طول اولیه، مقدار کرنش ماده را نشان میدهد. مقدار بدست آمده یک عدد بدون واحد است. .یکی از مفاهیم مهم در زمینه تغییر شکل مواد، «کرنش» (Strain) است. کرنش، تغییر شکل یک جسم را با توجه به جابجایی نسبی ذرات نمایش میدهد و حرکات جسم صلب را در نظر نمیگیرد. معادلههای مختلفی برای تعریف «میدان کرنش» (Strain Field) ارائه شده است که انتخاب هر یک، به نحوه تعریف کرنش (با توجه به پیکربندی اولیه یا نهایی) و در نظر گرفتن «تانسور متریک» (Metric Tensor) یا «دوگان تانسور» (Dual Tensor) بستگی دارد.میدان تغییر شکل در جسم پیوسته، بر اثر وجود میدان تنش (ناشی از نیروهای اعمالی) یا تغییرات میدان دمای درون آن جسم ایجاد میشود. رابطه بین تنش و کرنش القایی، با استفاده از معادلات مشخصهای مانند قانون هوک برای مواد الاستیک خطی بیان میشود. به تغییر شکلی که بعد از حذف میدان تنش بازیابی شود، تغییر شکل الاستیک گفته میشود. جسم پیوسته در این حالت، به طور کامل به حالت پیکربندی اولیه خود بازمیگردد.
در طرف مقابل، تغییر شکلهایی وجود دارند که حتی پس از حذف تنشهای اعمالی نیز قابل بازیابی نخواهند بود. یکی از انواع تغییر شکلهای غیر قابل بازگشت، تغییر شکل پلاستیک است. تغییر شکل پلاستیک زمانی رخ میدهد که بیش از حد الاستیک یا تنش تسلیم به جسم نیرو وارد شده باشد. این وضعیت، موجب «لغزش» (Slip) یا «نابجایی» (Dislocation) اتمهای درون جسم خواهد شد. یکی دیگر از انواع تغییر شکلهای غیر قابل برگشت، «تغییر شکل ویسکوز» (Viscous Deformation) است که بخش برگشتناپذیر در تغییر شکل «ویسکوالاستیک» (Viscoelastic) محسوب میشود. در تغییر شکلهای الاستیک، تابع پاسخی که کرنش را به تنش متصل میکند، همان «تانسور انطباق» (Compliance Tensor) ماده نام دارد.
مدل بدنه صلب یک نمونه ایده آل از جسمی است که تحت اعمال نیروهای خارجی تغییر شکل نمی یابد. هنگام تجزیه و تحلیل سیستم های مکانیکی بسیار مفید است - و بسیاری از اجسام فیزیکی تا حد زیادی سخت هستند. میزان سفت و سخت بودن یک جسم قابل درک است به خصوصیات فیزیکی ماده ای که از آن ساخته شده بستگی دارد. به عنوان مثال ، یک توپ پینگ پنگ ساخته شده از پلاستیک شکننده است ، و یک توپ تنیس ساخته شده از لاستیک در صورت اعمال توسط نیروهای له شدن ، الاستیک است. با این حال ، تحت شرایط دیگر ، هر دو توپ پینگ پنگ و یک توپ تنیس ممکن است به خوبی اجسام صلب از بین بروند. . ، ما از در نظر گرفتن نیروهایی که بر حرکت یک جسم تأثیر می گذارند به سمت کسانی که شکل یک جسم را تحت تأثیر قرار می دهند حرکت می کنیم. تغییر شکل در اثر اعمال نیرو به عنوان تغییر شکل شناخته می شود. شناخته شده است که حتی نیروهای بسیار کوچک باعث تغییر شکل می شوند. تغییر شکل توسط اشیا فیزیکی تحت تأثیر نیروهای خارجی تجربه می شود - به عنوان مثال ، این ممکن است له شدن ، فشردن ، پاره کردن ، پیچاندن ، برش زدن یا جدا کردن اشیا باشد. در زبان فیزیک ، دو اصطلاح نیروهایی را که بر روی اجسامی که دچار تغییر شکل شده اند ، توصیف می کند: تنش و فشار.
تنش کمیتی است که میزان نیروهایی را که باعث تغییر شکل می شوند ، توصیف می کند. تنش به طور کلی به عنوان نیرو در واحد سطح تعریف می شود. وقتی نیروها یک جسم را می کشند و باعث کشیدگی آن می شوند ، مانند کشش یک باند الاستیک ، ما چنین تنشی را تنش کششی می نامیم. وقتی نیروها باعث فشرده سازی یک جسم می شوند ، آن را فشار فشاری می نامیم. هنگامی که یک شی از همه طرف تحت فشار قرار می گیرد ، مانند یک زیردریایی در اعماق اقیانوس ، ما این نوع تنش را فشار بزرگ (یا تنش حجم) می نامیم. در شرایط دیگر ، نیروهای کنشگر ممکن است نه کششی باشند و نه فشاری ، و هنوز تغییر شکل محسوسی ایجاد می کنند. به عنوان مثال ، تصور كنید كه كتابی را محكم بین كف دستان خود گرفته اید ، سپس با یك دست خود روی جلوی جلوی خود فشار داده و می كشید ، در حالی كه با دست دیگر جلوی پشت را فشار داده و می كشید شما. در چنین حالتی ، وقتی نیروهای تغییر شکل دهنده به طور مماس با سطح جسم عمل می کنند ، ما آنها را نیروهای "برشی" می نامیم و به استرسی که ایجاد می کنند تنش برشی گفته می شود.
واحد استرس SI پاسکال (Pa) است. هنگامی که یک نیوتن نیرو بر سطح واحد یک متر مربع فشار می آورد ، تنش حاصل یک پاسکال است:فشرده سازی یا فشرده سازی زمانی اتفاق می افتد که دو نیروی ضد موازی با اندازه یکسان فقط در یکی از ابعاد آن روی یک جسم عمل کنند ، به گونه ای که جسم حرکت نکند. یکی از روشهای پیش بینی چنین وضعیتی در (شکل) نشان داده شده است. یک قطعه میله ای توسط یک جفت نیرو که در طول آن و عمود بر سطح مقطع آن وارد می شوند ، کشیده یا تحت فشار قرار می گیرد. اثر خالص چنین نیروهایی این است که میله طول خود را از طول اصلی تغییر می دهد
در «مکانیک محیطهای پیوسته» (Continuum Mechanics)، نیروهای داخلی اعمال شده توسط ذرات مجاور درون جسم به یکدیگر، به وسیله یک کمیت فیزیکی به نام «تنش» (Stress) بیان میشود. به عنوان مثال، در صورت اعمال فشار به مایع درون یک محفظه بسته نیز هر ذره توسط تمام ذرات دربرگیرنده خود تحت فشار قرار خواهد گرفت. به علاوه، طبق قانون سوم نیوتون، دیوارههای محفظه و سطح اعمال کننده فشار (پیستون) نیز در برابر واکنشهای ذرات از خود عکس العمل نشان خواهند داد. در یک مثال دیگر، اگر بر روی یک میله عمودی وزنه ای قرار داده شود، تمام ذرات درون میله به ذرات مجاور زیرین خود فشار وارد میکنند. در واقع، تمام این نیروهای ماکروسکوپی (قابل مشاهده)، نتیجه نهایی تعداد بسیار زیادی از نیروهای بین مولکولی و برخوردهای بین ذرات درون آن مولکولها هستند. تنش، معمولاً با حرف کوچک یونانی سیگما (σ) نمایش داده میشود.یکی دیگر از کمیتهای مهم در مکانیک محیطهای پیوسته، «کرنش» (Strain) است. این کمیت معیاری برای تغییر شکل مواد به حساب میآید. مکانیسمهای مختلفی از قبیل اعمال نیرویهای خارجی (مانند تنش)، نیرویهای داخلی (مانند جاذبه) یا نیروهای سطحی (مانند نیروی اتصال، فشار دربرگیرنده یا اصطکاک) میتوانند منجر به ایجاد کرنش در یک ماده شوند. در مواد جامد، تمام کرنشها (تغییر شکلها) باعث ایجاد تنش الاستیک میشوند. این تنش همانند نیروی عکسالعمل فنر رفتار میکند و ماده را به حالت پیش از تغییر شکل بازمیگرداند. در مایعات و گازها، تنها تغییر شکلهای دارای تنش الاستیک هستند که میتوانند منجر به تغییر حجم مواد شوند. اگرچه، در صورت تغییر شکل تدریجی مواد، معمولاً مقداری تنش ویسکوز در آنها (حتی سیالات) به وجود میآید که در خلاف جهت تغییرات صورت گرفته عمل میکند. تنشهای الاستیک و ویسکوز معمولاً به عنوان «تنش مکانیکی» (Mechanical Stress) شناخته میشوند. تنش میتواند بهصورت حرارتی بوده و در نتیجه انبساط گرمایی ایجاد شود اهی اوقات، تنشهای موجود در یک جسم را میتوان با استفاده از یک مقدار عددی یا یک بردار (مقدار و جهت) بیان کرد. به این تنشها، «تنش ساده» (Simple Stress) گفته میشود و کاربرد اصلی آنها در طراحیهای مهندسی است. تنش نرمال تک محوری، تنش برشی ساده و تنش نرمال همسانگرد، از انواع تنشهای ساده هستند. در ادامه، به توضیح هر یک از این موارد خواهیم پرداخت.تنش نرمال تک محوری، یکی از متداولترین الگوهای تنش ساده است. فرض کنید که یک میله مستقیم با سطح مقطع یکنواخت، مانند شکل زیر تحت دو نیروی کششی مخالف (با مقدار F) در جهت راستای خود قرار گرفته باشد. در صورت تعادل سیستم و قابل اغماض بودن وزن میله و همچنین عدم تغییر این شرایط در طی زمان، بخش بالایی هر مقطع عرضی باید بخش پایینی را توسط همان نیروی F در سراسر مقطع A تحت کشش قرار دهد. در این وضعیت میتوان مقدار تنش داخل میله را به سادگی و تنها با تقسیم نیروی F بر سطح مقطع A محاسبه کرد:${\displaystyle \sigma ={\frac {F}{A}}}$تنش برشی ساده
فرض کنید لایه ضخیم و یکنواختی از یک ماده الاستیک (مانند چسب یا لاستیک)، دو جسم سخت را به هم متصل کرده باشد و این دو جسم، در خلاف جهت یکدیگر و موازی با لایه به هم نیرو وارد کنند. در مثالی دیگر، مقطعی از یک میله فلزی نرم (مانند سیم برق) را در نظر بگیرید که به وسیله یک ابزار قیچی مانند (مانند سیمچین) برش داده میشود. در هر دو مثال بالا، سطح مقطع مورد بررسی تحت یکی از انواع تنش ساده با عنوان «تنش برشی ساده» (Simple Shear Stress) قرار میگیرد. اگر F مقدار نیروی اعمال شده و M سطح میانی لایه الاستیک باشد، بخشی از لایه در یک سمت M باید بخش دیگر را با نیروی F تحت کشش قرار دهد (مانند تنش نرمال). با فرض مشخص بودن جهت اعمال نیرو، تنش موجود بر روی سطح M به سادگی و تنها با تقسیم مقادیر نیرو بر مساحت سطح مقطع قابل محاسبه خواهد بود:$\tau ={\frac {F}{A}}$
تنش نیرویی است در هر سطح مقطع که ماده مقاومت می کند. کرنش درصد تغییر در طول ماده است. منحنی تنش-کرنش ساده ترین راه برای توصیف خصوصیات مکانیکی ماده است. منحنی تنش-کرنش می تواند اطلاعاتی در مورد مقاومت ، مقاومت ، سختی ، شکل پذیری مواد و موارد دیگر فراهم کند.اصطلاح تنش (فشار) برای بیان بارگذاری بر حسب نیروی وارد شده به یک سطح مقطع خاص از یک جسم استفاده می شود. از منظر بارگیری ، تنش نیرو یا سیستم نیروهایی است که تمایل به تغییر شکل بدن دارد. از منظر آنچه در درون ماده اتفاق می افتد ، تنش توزیع داخلی نیروها در بدن است که در برابر بارهای وارد شده به آن تعادل نشان می دهد و واکنش نشان می دهد. توزیع تنش بسته به ماهیت شرایط بارگیری ممکن است یکنواخت باشد یا نباشد. به عنوان مثال ، یک میله بارگیری شده در کشش خالص اساساً دارای یک توزیع تنش کششی یکنواخت است. با این حال ، یک میله بارگیری شده در خمش دارای توزیع تنش است که با فاصله عمود بر محور طبیعی تغییر می کند.
فرضیات ساده اغلب برای نشان دادن تنش به عنوان یک مقدار بردار برای بسیاری از محاسبات مهندسی و برای تعیین ویژگی مواد استفاده می شود. کلمه "بردار" معمولاً به کمیتی اطلاق می شود که دارای "بزرگی" و "جهت" باشد. به عنوان مثال ، تنش در یک میله محوری بارگذاری شده به راحتی برابر با نیروی اعمال شده تقسیم بر سطح مقطع میله است.
باید توجه داشت که تنش ها در اکثر مواد جامد 2-D یا 3-D در واقع پیچیده تر هستند و باید به روش بیشتری تعریف شوند. نیروی داخلی که در ناحیه کوچکی از هواپیما وارد می شود را می توان به سه جز تقسیم کرد: یکی نرمال هواپیما و دو موازی صفحه. جز component نیروی عادی تقسیم بر مساحت تنش (های) طبیعی و اجزای نیروی موازی تقسیم بر ناحیه تنش برشی (t) می دهد. این تنش ها تنش های متوسطی هستند زیرا مساحت محدود است ، اما وقتی اجازه داده شود منطقه به صفر نزدیک شود ، تنش ها در یک نقطه به تنش تبدیل می شوند. از آنجا که تنش ها در رابطه با صفحه ای که از نقطه مورد بررسی عبور می کند تعریف شده و تعداد چنین صفحه هایی بی نهایت است ، مجموعه ای از تنش های نامحدود در یک نقطه ظاهر می شود. خوشبختانه ، می توان ثابت کرد که تنش های موجود در هر صفحه از تنش های سه صفحه متعامد عبوری از نقطه محاسبه می شود. از آنجا که هر صفحه دارای سه تنش است ، سنسور تنش دارای 9 جز components تنش است که به طور کامل وضعیت تنش را در یک نقطه توصیف می کند.
مفهوم استرس (دقیق تر: فشار داخلی) توسط اویلر . مفهوم اولر ، مختصراً به شرح زیر بود: اگر من دارای یك ماده از ماده هستم ، كه با برخی مرزها محدود شده است ، چگونه آیا می توانم کل نیروی وارده بر آن توسط ماده خارج از آن را نمایندگی کنم؟ ایده او این بود که نیروهایی را در نظر بگیریم که کاملاً در مرز عمل می کنند (درست مثل وقتی که چیزی به پوست مان فشار می آورد). سپس می توان کل نیروی موجود در بدن ماده را در یکپارچه سازی این قسمت از نیروهای سطح بر کل سطح پیدا کرد. ایده انقلابی او این بود که ما می توانیم تصور کنیم بخشی داخلی از بدن را با یک سطح خیالی محدود کنیم و نیروهایی را که بر روی این سطح وارد می شوند ، در نظر بگیریم. اولر فقط نیروهای متعامد سطح را در نظر گرفت و کوشی آنها را به نیروهای با جهت دلخواه تعمیم داد - به عنوان مثال مماس با سطح: ویسکوزیته همین است.
از نظر من ، . دو طرف یک سطح را تصور نکنید. در عوض ، یک قسمت سه بعدی از ماده را که توسط یک سطح بسته محدود شده است تصور کنید. تنش فقط یک میدان نیرویی است که آن قسمت از ماده در سطح خود "احساس" می کند ، ناشی از عوامل خارجی. اگر نیرو به سمت خارج هدایت شود و روی سطح بکشد ، تنش "کشش" نامیده می شود. اگر نیرو به سمت داخل هدایت شود و روی سطح فشار یابد ، "فشاری" نامیده می شود.
در مورد طناب ، بخشی از آن را تصور کنید ، حتی اگر خیلی کوتاه باشد ، توسط دو سطح دایره ای مشخص شده است: یک استوانه کوتاه. شما می خواهید از کل نیروی وارده بر این قسمت سه بعدی طناب از بقیه طناب (یا هر چیز دیگری در خارج) مطلع شوید. سطح جانبی هیچ نیرویی بر آن وارد نمی شود. هر سطح دایره ای نیرویی دارد که به آن وارد می شود - تنش - با توجه به قطعه طناب کوتاه ما به سمت خارج ، که در نتیجه کشش در اندام های خود احساس می شود.
در مکانیک پیوسته استرس در مقابل به اصطلاح "نیروهای بدن" یا "نیروهای حجم" است ، که در عوض بر روی هر حجم کوچک از یک ماده ماده تأثیر می گذارد. مثال اصلی گرانش است. بنابراین بدن مقیاس f را مانند حجم مجبور می کند ، در حالی که مقیاس tt را مانند یک منطقه فشار می دهد. سپس کل نیروی موجود در بدن ماده B توسط سهم هر دو داده می شود:
$\pmb{F}_B = \iiint_{\text{bulk of $B$}} \pmb{f}\ \mathrm{d}V + \iint_{\text{boundary of $B$}} \pmb{t} \ \mathrm{d}A \ .$
مرکز جرم بدن به گونه ای حرکت خواهد کرد که گویی این نیروی کل به طور مستقیم به آن وارد می شود.
مسئله "دو طرف" سطح هنگامی ظاهر می شود که بدن ماده B2 در مجاورت B1 اول باشد ، به طوری که آنها تا حدی دارای یک سطح محدود S. با قانون سوم نیوتن هستند ، اگر B2 در حال کشیدن B1 در سطح باشد S ، سپس B1 در حال حرکت B2 در سطح S ، در جهت مخالف است. بنابراین اگر سطح S را از دید B1 در نظر بگیرید ، تنش به سمت خارج و به سمت B2 هدایت می شود. و اگر سطح S را از دید B2 در نظر بگیرید ، تنش نیز به سمت خارج ، به سمت B1 هدایت می شود. اوضاع فرقی نمی کند وقتی می گوییم زمین روی ماه می کشد و ماه با نیرویی برابر و متضاد روی زمین می کشد. فقط ، در مورد نیروهای سطحی ، این کشش در همان نقطه اتفاق می افتد. این چیزی است که اغلب گیج کننده است. اما این دو نیرو بر روی اجسام مختلف عمل می کنند - این را بخاطر بسپارید.
در سطح مولکولی نیروهای سطحی وجود ندارند. همه نیروها نیروهای بدن / حجم هستند. مفهوم استرس در معنای اصلی خود در اینجا اعمال نمی شود. آنچه از نظر ماکروسکوپی به عنوان تنش در یک سطح (خیالی) در نظر می گیریم ، از نظر میکروسکوپی یکی از دو چیز یا ترکیبی از هر دو است.
کرنش پاسخ یک سیستم به تنش اعمال شده است. وقتی ماده ای با نیرو بارگیری می شود ، باعث ایجاد تنش می شود و در نتیجه باعث تغییر شکل ماده می شود. کرنش مهندسی به عنوان مقدار تغییر شکل در جهت نیروی وارد شده تقسیم بر طول اولیه ماده تعریف می شود. این امر منجر به یک واحد تعداد کمتری می شود ، اگرچه اغلب به شکل ساده تر مانند اینچ بر اینچ یا متر بر متر باقی مانده است. به عنوان مثال ، کرنش در میله ای که تحت کشش کشیده می شود ، مقدار کشیدگی یا تغییر طول تقسیم بر طول اصلی آن است. همانطور که در مورد تنش ، بسته به ماهیت شرایط بارگذاری ، توزیع کرنش ممکن است در یک عنصر پیچیده سازه یکنواخت باشد یا نباشد.
اگر تنش کم باشد ، ممکن است ماده فقط مقدار کمی صاف شود و پس از آزاد شدن تنش ، ماده به اندازه اصلی خود بازگردد. به این تغییر شکل الاستیک گفته می شود ، زیرا مانند الاستیک به حالت بدون تنش برمی گردد. تغییر شکل الاستیک فقط در ماده ای اتفاق می افتد که تنش ها کمتر از تنش بحرانی به نام مقاومت تسلیم باشد. اگر ماده ای بیش از حد الاستیک خود بارگیری شود ، پس از برداشتن بار ، ماده در شرایط تغییر شکل یافته باقی می ماند. به این تغییر شکل پلاستیک می گویند...I hope I have helped you in understanding the question. Roham Hesami, seventh semester
aerospace engineering
رهام حسامی ترم هفتم مهندسی هوافضا