Smykové napětí versus smykové napětí: Srovnávací analýza a vyčerpávající fakta

Napětí a deformace jsou klíčové mechanické vlastnosti, které ovlivňují, jak se materiály mění působením síly. Stres je síla na jednotku plochy působící na materiál, kmen je výsledná deformace. Tyto dva pojmy spolu úzce souvisí.

Při působení síly vzniká napětí. Je úměrné deformaci a lze jej vypočítat pomocí Hookeova zákona – napětí je přímo úměrné deformaci v mezích pružnosti materiálu. To je znázorněno graficky jako a křivka napětí-deformace.

Kmen je relativní změna velikosti nebo tvaru předmětu v důsledku stresu. Je to bezrozměrná veličina a může být vyjádřena jako axiální, smyková nebo objemová deformace. Axiální deformace je prodloužení nebo stlačení, smyk je, když vrstvy klouzají po sobě, a objemová změna objemu.

Každý materiál má své vlastní mechanické vlastnosti určující, jak reaguje na namáhání a namáhání. To zahrnuje modul pružnosti, mez kluzu a mezní pevnost v tahu.

Co je stres?

Stres je množství zatížení, kterému je vystaven materiál na jednotku plochy průřezu. Abychom našli velikost napětí, potřebujeme velikost síly a plochu průřezu materiálu, na který je napětí aplikováno.

Napětí je mnoha typů – normální napětí, smykové napětí a objemové napětí. O typech napětí budeme diskutovat v další části tohoto článku.

co je kmen?

Deformace je poměr změny délky k původní délce obrobku. Ke změně délky dochází v důsledku namáhání působícího na obrobek.

Deformace ukazuje míru změny rozměrů materiálu v procentech. Matematicky může být napětí dáno jako-

kde,

epsilon je kmen

l je původní délka obrobku

Smykové napětí vs smykové napětí

Stres a napětí jsou dva různé pojmy v materiálové vědě. Stres je síla na jednotku plochy působící na objekt, zatímco a kmen je deformace způsobená napětím. Jinými slovy, stres je to, jak velká síla je aplikována, a napětí je to, jak objekt na tuto sílu reaguje.

Chcete-li lépe porozumět rozdílu mezi stresem a zátěží, podívejte se na tuto tabulku:

Je důležité si uvědomit, že stres může být buď pozitivní (napětí) nebo negativní (komprese). Totéž platí pro kmen, který může mít pozitivní (prodloužení) nebo negativní (kontrakce) hodnoty.

Abyste skutečně porozuměli stresu a napětí, musíte znát jejich vztah a jak ovlivňují různé materiály. Chcete-li se dozvědět více, přečtěte si naše komplexní články o materiálové vědě a inženýrství. Objevte mocné síly, které utvářejí náš svět!

Vztah mezi stresem a zátěží

Stres a napětí jsou klíčové pojmy ve vědě o materiálech a inženýrství. Stres je síla působící na materiál, zatímco a kmen je deformace resp změna tvaru to má za následek. Abychom pochopili, jak stres a napětí spolupracují, uvažujme jako příklad kovovou tyč. Když je aplikována síla, zažívá stres, který pak způsobí deformaci tyče, což má za následek napětí. Tento vztah je kvantifikován pomocí Youngův modul, poměr napětí k deformaci, také známý jako modul pružnosti.

Měřením množství stresu a vypětímohou inženýři určit Youngův modul materiálu. Tyto znalosti jsou důležité pro konstrukci konstrukcí, které snesou zatížení bez deformace.

Pochopení napětí a deformace nám navíc umožňuje analyzovat chování materiálu za mezí pružnosti. Nadměrné napětí nebo deformace může způsobit plastické chování nebo prasknutí. Zkoumáním toho, jak se napětí a napětí tvoří za různých podmínek, mohou výzkumníci získat vhled do mechanismů selhání a zlepšit vlastnosti materiálu.

Nenechte si ujít pochopení tohoto základního konceptu – je životně důležitý pro mnoho inženýrských aplikací. Ať už tedy navrhujete budovy nebo vytváříte pokročilé materiály pro letectví a kosmonautiku, dobré pochopení stresu a napětí je zásadní. Začněte zkoumat toto vzrušující pole hned teď a odhalte tajemství vztahu mezi stresem a námahou!

Druhy stresu

Abychom porozuměli různým typům namáhání, pojďme se ponořit do světa mechanických vlastností. Abychom rozlišili mezi stresem a napětím, musíme prozkoumat jejich definice a charakteristiky. V této části se zaměříme na tři klíčové podkapitoly: napětí v tahu, napětí v tlaku a napětí ve smyku. Každý z nich hraje jedinečnou roli při určování chování materiálů při různých podmínkách zatížení.

Pevnost v tahu

Tahové napětí je a tažná síla které mohou způsobit roztažení nebo prodloužení materiálu. Běžně se vyskytuje ve strukturách, jako jsou mosty a budovy, a každodenních předmětech, jako jsou lana a kabely.

Projekt elastický limit materiálu označuje maximální velikost napětí, které může odolat bez trvalé deformace. Pevnost v tahu, na druhé straně je maximální namáhání, které materiál může zvládnout před zlomením.

Například ocel může zabrat až 250MPa napětí před deformací a až 400MPa stresu před zlomením. Hliník má mez pružnosti 100MPa a pevnost v tahu 200MPa. Nylon mezitím může zabrat až 60MPa napětí bez deformace a 80MPa stresu před zlomením.

Ve vzdálené horské vesnici stál vysoký ocelový most. Navzdory jeho vystavení velkému zatížení a extrémní povětrnostní podmínky, to vydrželo. Jedné bouřlivé noci na něj spadl mohutný strom most, vytvářející silnou tažnou sílu. Most se však nezlomil. Pod napětím se natahoval a ohýbal, což předvádělo pozoruhodnou sílu tahové napětí. To mu umožnilo vydržet, zajišťující bezpečný průchod pro všechny, kteří na to spoléhali.

Dokonce i skály znají boj tlakové napětí; je to jako být namačkaný v upnutých džínách, ale bez možnosti je rozepnout.

Tlakové napětí

Kompresivní stres má několik zajímavých faktů. Klíčové informace najdete v tabulce níže:

Tabulka ukazuje, že různé materiály mají různé úrovně pevnost, kapacitu a trvanlivost při vystavení tlakovému namáhání. Ocel má nejvyšší pevnostní kapacita 250 MPa, beton má 25 MPa a dřevo má 7 MPa. Modul pružnosti neboli Youngův modul měří schopnost materiálu odolávat stlačení. Ocel je v tomto ohledu nejsilnější.

Kompresivní stres může mít dopady v reálném životě. Například, most s betonovými sloupy může trpět tlakové napětí kvůli velkému zatížení a podmínkám prostředí. To může způsobit praskliny a oslabit strukturu. Tento případ zdůrazňuje důležitost pochopení tlakového napětí a jeho účinků na materiály.

Smykové napětí

Pojďme se ponořit do konceptu střihový stres. Je to poměr smyková síla na průřezová plocha a měřeno v pascal (Pa). Smykové napětí se využívá v mnoha oborech, např stavební inženýrství, materiálová věda a dynamika tekutin. Abychom uvedli příklad ze skutečného světa, lze to vidět, když jednu vrstvu hracích karet posunete přes druhou vrstvu silou působící rovnoběžně s povrchem.

Smykové napětí je významné. Ovlivňuje pevnost a stabilitu materiálů. Navíc mění mechanismy deformace a poruch. Jedná se tedy o klíčový faktor v inženýrských návrzích.

Chcete-li zajistit optimální výkon a bezpečnost, uvádíme několik tipů, jak zmírnit problémy se smykovým napětím:

1. Vyberte materiály s vysoká pevnost ve smyku.
2. Zpevněte materiály pomocí vlákna nebo tyčinky.
3. Použijte vhodné geometrie a techniky rozložení zatížení.
4. Provádějte pravidelné kontroly k detekci nadměrného smykového napětí.

Postupujte podle těchto návrhů a inženýři mohou efektivně řídit smykové napětí. Navíc mohou zaručuje dlouhou životnost konstrukce a komponentů. Pochopení smykového napětí je důležité v různých inženýrských disciplínách. To umožňuje optimální design a funkčnost.

Typy napětí

Abychom porozuměli typům přetvoření – podélné, smykové a objemové přetvoření – zkoumáme, jak se materiály deformují za různých podmínek zatížení. 

K podélnému namáhání dochází, když se předmět prodlužuje nebo stlačuje ve směru působící síly. Smykové přetvoření označuje deformaci vyplývající ze sil působících paralelně, ale v opačných směrech. Objemová deformace popisuje změny objemu materiálu v důsledku působících sil. Tyto odlišné formy napětí poskytují pohled na mechanické vlastnosti materiálů.

Podélné napětí

Podívejte se na tento stůl, abyste měli lepší přehled Podélné napětí:

Každý materiál má zvláštní schopnost proti deformaci působením vynaložených sil. Upozorňujeme, že obrázky jsou pouze příklady a mohou se měnit v důsledku různých prvků, jako je např druh materiálu, složení a prostředí.

Porozumění podélnému namáhání je důležitý ve strojírenství a stavebnictví, protože pomáhá inženýrům pochopit chování materiálů, když jsou pod tlakem. Tyto informace jim to umožňují stavět struktury které mohou přežít očekávané síly a vyhnout se strukturálním katastrofám.

Chcete se věnovat kariéře ve strojírenství nebo stavebnictví? Znalost podélného namáhání a jeho účinků vám může pomoci stát se úspěšnými v těchto odvětvích a přispět k bezpečnějším stavebním projektům. Nenechte si ujít tuto příležitost!

Smykové napětí: Pro ty, kteří milují dobrý twist, vás tento kmen překvapí a nechá vás přemýšlet, zda je vše stále nedotčené.

Smykové napětí

Smykové přetvoření je typ deformace v materiálech, kdy dvě síly působí v opačných směrech. Je to důležitý koncept mechanika a věda o materiálech. Pojďme to lépe pochopit na příkladu. Máme počáteční délka 100 cm a změna délky o 5 cm. Vydělte změnu délky počáteční délkou, abyste získali smykové přetvoření (∆L/L).

Stojí za zmínku, že tvar a velikost materiálu neovlivňují smykové napětí. Záleží pouze na působící síly a posun mezi vrstvami. Při výpočtu smykové deformace se ujistěte, že používáte přesná měření a zvažte všechny vnější faktory, které mohou materiál ovlivnit.

Pro Tip: Pokud jde o objemovou zátěž, rozšíření obzorů je vlastně dobrá věc – pokud ovšem nejste balón a někdo vám podá ostrý předmět.

Objemové napětí

Objemové přetvoření je, když se objem materiálu mění pod napětím. Je to způsob měření toho, jak moc se změnil tvar a velikost objektu vlivem vnějších sil. Je to klíčový koncept v materiálovém inženýrství a používá se k analýze chování materiálů v různých podmínkách.

Abychom porozuměli objemovému napětí, podívejme se na níže uvedenou tabulku:

Objemové napětí ukazuje, jak materiál reaguje na různé typy a velikosti namáhání. Inženýři si tak mohou vybrat materiály moudře, navrhnout silné konstrukce a předvídat možné poruchy.

Připomenutí: Při výpočtu objemové deformace je důležité použít přesná měření pro původní objem a změnu objemu. Drobné chyby měření mohou ovlivnit přesnost vašich výsledků.

Křivka napětí-napětí 

Křivka napětí-deformace

Kredit za obrázek-Nicoguaro, Stress deform ductile, CC BY 4.0

Abychom porozuměli křivce napětí-deformace s jejími dílčími sekcemi, pojďme se krátce ponořit do každé fáze. Počínaje elastickou oblastí prozkoumáme její chování v rámci proporcionálního limitu. Dále probereme mez pružnosti a význam meze kluzu. Poté prozkoumáme charakteristiky a chování plastické oblasti. Nakonec se dotkneme konceptu maximální pevnosti v tahu.

Elastická oblast

Vítejte v divokém světě Elastická oblast! Zde lze podkládat materiály napětí a napětí, ale přesto se vrátí do původního tvaru, když zátěž zmizí. Tento region následuje Hookeův zákon, který říká, že napětí je úměrné deformaci – a v křivce napětí-deformace se projevuje jako přímka s kladným sklonem.

Měříme tuhost materiálu v této oblasti pomocí modul pružnosti nebo Youngův modul. Na molekulární úrovni je tato fáze reverzibilní – atomy se při působení síly vzdalují, a když je síla odstraněna, posouvají se zpět do svých původních poloh.

Abychom tento koncept lépe pochopili, podívejme se na tuto tabulku:

Tato tabulka nám pomáhá pochopit vlastnosti elastické oblasti – jako je napětí, deformace a modul pružnosti.

Historie tohoto fenoménu sahá až do r 1678 kdy Robert háček prováděl experimenty s mechanikou pružin. Jeho zjištění prokázala, jak a pružina vykazuje proporcionální deformace v mezích své elasticity.

Abychom to zabalili, materiály v elastické oblasti se chovají elasticky podle Hookova zákona. Tyto znalosti nám pomáhají předvídat chování materiálů a navrhovat struktury s dostatečnou flexibilitou a stabilitou.

Proporcionální limit

Bod, kdy se materiál přestane chovat lineárně a začne se plasticky deformovat, se nazývá bod proporcionální limit. V této fázi je stres dát na materiál je úměrné jeho namáhání.

Zde je to, co je vidět na proporcionálním limitu:

Také materiály, které jsou v mezích své elasticity, se mohou vrátit do svého původního tvaru, když je napětí odstraněno. Ale překročení tohoto bodu má za následek trvalé deformace a možná nevratné poškození.

Takže, pochopení a výpočet proporcionálního limitu materiálu je zásadní při navrhování konstrukcí a ujištění se, že mohou odolat vnějším silám bez převyšující jejich kapacitu. Ignorování tohoto může mít za následek katastrofální poruchy nebo nebezpečné pracovní podmínky.

Chcete-li se dozvědět více o tom, jak se materiály chovají v různých scénářích, je nutná další analýza a testování. Zjistěte více o křivkách napětí-deformace a získejte znalosti o tom, jak materiály reagují na různé podmínky. Využijte možnosti odhalit jejich neuvěřitelné vlastnosti!

Elastický limit

Projekt Elastický limit je maximální množství, které může materiál ohnout, než se trvale změní. Chcete-li to ukázat, zde je tabulka s materiály a jejich limity:

Když je materiál namáhán nad svou mez pružnosti, prochází fází tzv plastická deformace. V této fázi se materiál po uvolnění napětí nemůže vrátit do původního tvaru.

Různé materiály mají různé limity kvůli svým vlastnostem a atomovým strukturám. Kovy mít vyšší limity než pružnější materiály, jako je pryž.

Tip: Inženýři a konstruktéři musí rozumět a navrhovat v mezích pružnosti materiálu, aby se předešlo strukturálním selháním a zajistila se bezpečná funkce.

Výnosový bod

Křivky napětí-deformace mají důležitý bod: mez kluzu. Zde se materiál pod napětím začne plasticky deformovat, místo aby se po odstranění napětí vrátil do původního tvaru. Podívejme se na to mez kluzu s tabulkou.

Jak ukazuje tabulka, různé materiály se liší mezí kluzu. Ocel má vyšší mez kluzu než hliník a titan. To znamená ocel zvládne větší napětí, než se trvale deformuje.

Mez průtažnosti je velký přechod v chování materiálu. Před tím mají materiály obvykle pouze elastickou deformaci. To znamená, že se po odeznění stresu vrátí do původního tvaru. Za mez průtažnosti materiály začínají mít plastická deformace, kde se tvar mění, i když už tam není napětí.

Abyste se ujistili, že konstrukce jsou bezpečné a plní svou práci, je důležité vzít v úvahu mez průtažnosti. Zde je několik tipů, jak pomoci:

1. Znát mez kluzu: Dozvíte se o mezích kluzu a o tom, jak odpovídají zamýšlenému použití. To pomáhá při výběru materiálů a návrhu struktur.
2. Bezpečnostní rozpětí: Při navrhování myslete na potenciální namáhání nad očekávanou mez. To může zastavit nepředvídané deformace nebo poruchy.
3. Testování materiálu: Testujte materiály za podmínek, jaké zažijí. To pomáhá určit přesné meze kluzu a zajistit, aby aplikace fungovaly.

Dodržování těchto tipů pomáhá inženýrům a návrhářům využívat meze průtažnosti k vytváření pevných konstrukcí, které dokážou zvládnout očekávané úrovně napětí a zůstat v bezpečí. Kdyby byl stres superhrdinou, plastová oblast by bylo jeho alter ego, flexibilní a mírně pokroucená verze, která ráda posouvá hranice jen pro zábavu!

Plastický region

Plastická oblast křivky napětí-deformace je stádiem, kdy materiály podléhají trvalé deformaci po jejich meze kluzu. Vlastnosti jako kujnost a kmenové zpevnění v tomto regionu jsou klíčové pro různá průmyslová odvětví.

Kujnost je schopnost plasticky se deformovat bez porušení. Kalení kmenem je, když se materiál stává silnějším, když se deformuje.

Analýza plastické oblasti křivek napětí-deformace je pro inženýry cenná. Pomáhá jim to designové struktury které vydrží stres a zátěž.

Odhalte, jak se materiály chovají v oblasti plastů! Objevte nové možnosti v oblasti designu a inovací. Zjistěte, jak materiály dosahují svého bodu zlomu – stejně jako vaše vůle žít po stresujícím dni.

Konečná pevnost v tahu

Vědět konečná pevnost materiálů v tahu? Je to nezbytné pro konstrukční návrh a statickou analýzu. Co je to? To je maximální namáhání materiálu, než se zlomí při zkoušce na tahovém zkušebním stroji. Tento test dodržuje normy jako např ASTM A370.

Potřebujete si odpočinout od stresu? Ohněte se dozadu a nechte Modul pružnosti dokázat, že materiály mají své limity. Na rozdíl od vašeho zdravého rozumu...který nemá žádné limity!

Modul pružnosti

Abychom porozuměli pojmu modul pružnosti, prozkoumejme vztah mezi napětím a deformací v elastické oblasti. Začneme definováním modulu pružnosti, což je klíčová mechanická vlastnost, která popisuje schopnost materiálu deformovat se pod napětím. Tato podkapitola objasní, jak se napětí a deformace chovají v elastické oblasti, a poskytne pohled na reakci materiálu na vnější síly.

Definice modulu pružnosti

Modul pružnosti je měřítkem schopnosti materiálu roztahovat se nebo stlačovat při působení síly. Je to poměr napětí k deformaci v elastické oblasti a používá se k předpovědi, jak se materiály budou chovat za různých podmínek. To je také sklon křivky napětí-deformace během fáze lineární elastické deformace. Materiály s vysoké hodnoty modulu jsou tuhé a méně pravděpodobné, že se deformují, zatímco ty s nízké hodnoty modulu jsou flexibilnější.

Thomas Young, an Anglický polymatik, zavedl tento koncept na počátku 19. století. Pozoroval chování různých materiálů pod napětí a stlačení, zjištění, že každý má své vlastní tuhost nebo elasticita.

Mostní inženýrství je příkladem toho, kde je porozumění modul pružnosti je důležité. Inženýři musí zvážit rozložení zatížení a strukturální integrita při navrhování mostu. Výběrem vhodných materiálů s vhodnými moduly pružnosti mohou zabránit nadměrnému vychýlení nebo zhroucení.

Vztah mezi napětím a napětím v elastické oblasti

Ve vědě o materiálech je klíčové pochopení napětí a deformace v elastické oblasti. Pojďme prozkoumat toto spojení! Vizualizujte si to tabulkou:

Tento lineární vztah zobrazuje elasticitu materiálu v mezích jeho proporcionality.

Všimněte si, že tato korelace platí pouze pro lineárně elastické materiály. Ty se vratně deformují, když síla zůstane v mezích. Použijte tyto poznatky při hodnocení a pružnost materiálu pro konstrukce, mechanické součásti a další aplikace.

Pamatujte, stres-napětí chování se může lišit v různých materiálech a situacích. Zvažte to při hodnocení jejich životaschopnosti. Mechanické vlastnosti materiálů: Stejně jako špatný vztah mohou mít materiály bod zlomu – modulu pružnosti, drama královna vědy.

Mechanické vlastnosti materiálů

Abychom porozuměli mechanickým vlastnostem materiálů, pojďme se ponořit do sekce „Mechanické vlastnosti materiálů“ a prozkoumat podsekce: Mez kluzu, Tažnost, Tvrdost, Elasticita a Plastičnost. Tyto podsekce nabídnou pohled na různé charakteristiky a chování materiálů, osvětlí jejich odolnost, flexibilitu a schopnost podstoupit deformaci nebo si zachovat svůj tvar působením vnějších sil.

Síla výtěžnosti

Mez kluzu materiálu může ovlivnit mnoho faktorů – složení, výrobní proces a teplota. Abychom to pochopili, podívejme se na tabulku:

Z tabulky je to jasné Titan má nejvyšší mez kluzu 900 MPa, Zatímco Hliník je nižší při 150 MPa. To umožňuje inženýrům vybrat materiály na základě jejich potřeb pevnosti a odolnosti.

Pro zvýšení meze kluzu můžeme uvažovat:

1. Legování: Přidání prvků do kovu může vytvořit zpevnění tuhého roztoku nebo precipitační zpevnění, čímž se zvýší mez kluzu.
2. Práce za studena: Aplikace plastické deformace na materiál při nízkých teplotách může způsobit dislokační pohyb a zjemnění zrna, což vede k vyšší meze kluzu.
3. Tepelné zpracování: Řízení procesů ohřevu a chlazení může změnit mikrostrukturu a nabízí potenciál ke zvýšení meze kluzu prostřednictvím fázové transformace.

Zapracování těchto návrhů do výběru materiálů a výrobních procesů pomůže zvýšit technický výkon a spolehlivost.

Kujnost

Tažné materiály, jako např mědi a hliníku, vykazují obrovskou plastickou deformaci, když jsou pod napětím. Mohou být taženy do tenkých drátů nebo válcovány do plátů, aniž by se zlomily. Proto tyto materiály mají velká tvárnost. To umožňuje výrobu složité komponenty v průmyslových odvětvích jako letecký a automobilový průmysl.

Tažnost materiálů je pro ně také klíčová strukturální integrita. Tvárné prvky dokážou absorbovat energii před selháním, takže jsou skvělé pro aplikace, které vyžadují odolnost. Ocelmá například velkou tažnost, což znamená, že konstrukce zvládnou náhlé nárazy/zatížení.

Aby bylo zajištěno, že materiály mají dostatečnou tažnost, tady je pár tipů:

• Snížit nečistoty: Nečistoty mohou bránit plastické deformaci, takže jejich odstranění zvyšuje tažnost.
• Zjemnění zrna: Menší velikosti zrn umožňují rovnoměrnou deformaci a omezují dislokační pohyb, čímž zvyšují tažnost.
• Regulace teploty: Teplo pomáhá atomům volněji se pohybovat v mřížkové struktuře, čímž se zlepšuje plastická deformace.

Tyto návrhy fungují tak, že zlepšují strukturu a složení materiálů. Pokud jsou nečistoty a velikost zrna minimalizovány, riziko iniciace trhliny se snižuje a zvyšuje se úroveň tažnosti. Regulace teploty zajišťuje lepší mobilitu atomů v mřížkové struktuře, což podporuje plastická deformace bez zlomeniny.

Tvrdost

Pojďme se podívat na tvrdost různých materiálů. Ocel má tvrdost 120-600, hliník 15-120, měď 30-250, sklenka 400-800, a diamant má působivé 7000 na Brinellově stupnici.

Johan August Brinell, švédský inženýr, vyvinul na počátku 1800. století metodu měření tvrdosti. Jeho technika zahrnovala vtlačení ocelové koule do kovového povrchu a měření prohlubně. Toto začalo standardizace tvrdosti testování a otevřelo nové možnosti v materiálové vědě.

Pamatuj si, materiály s velkou pružností mohou být jako narazit na ex v obchodě s potravinami – mají schopnost se vám vrátit!

Pružnost

Tabulka s materiály a jejich elastickými moduly nám ukazuje, jak elasticita funguje. Tento modul nám říká, jak moc se může materiál ohnout pod tlakem a poté se vrátit do svého původního tvaru. Zde jsou některé příklady:

Viskoelasticita je elasticita, kterou lze pozorovat u tekutin jako med nebo melasa.

Robert Hooke, an anglický vědec ze 17. století nám pomohl lépe porozumět elasticitě. Jeho zákon, známý jako Hookeův zákon, nám říká, že síla je přímo úměrná posunutí pružiny, když je natahována nebo stlačována. Tento zákon pomohl k mnoha inženýrským a technologickým pokrokům.

Poznámka: Plasticita není o tom, jak snadno se vaše kreditní karta ohýbá, ale o schopnost materiálu se deformovat bez porušení.

Plasticity

Podívejme se hlouběji na plasticitu. Z výše uvedené tabulky vidíme, že stres a napětí mají nelineární chování v polymerních materiálech, což znamená oni neřiďte se jednoduchými rovnicemi.

Navíc, teplota, rychlost deformace a další faktory prostředí může ovlivnit plastickou deformaci. Například některé kovy se při zahřívání stávají plastičtějšími v důsledku procesů tepelné aktivace.

Aby byly materiály poddajnější, používají inženýři legující prvky nebo přísady modifikovat mikrostrukturu a podporovat dislokační pohyb. Tepelné zpracování jako žíhání může také zmírnit vnitřní pnutí a zvýšit tažnost.

Projekt Křivka napětí-deformace je užitečné pro pochopení našeho bodu zlomu a toho, jak být nejúčinnější. Pomáhá nám jak ve strojírenství, tak v životě.

Graf smykového napětí vs

Graf znázorňující vztah mezi smykovým napětím a smykovým přetvořením se nazývá křivka smykové napětí-smykové přetvoření nebo graf smykové napětí vs.

Graf je uveden níže -

Obrázek kreditů: Nicoguaro, Zátěžové namáhání tvárné, CC BY 4.0

Zde můžeme vidět různé oblasti, kde křivka mění svůj sklon.

• Oblast 1 (až do meze kluzu)– Toto je oblast, která je limitem proporcionality materiálu. V této oblasti je smykové přetvoření přímo úměrné použitému smykovému napětí.
• Oblast 2 (až do maximální síly)-Tato oblast určuje mezní napětí materiálu. Je to maximální namáhání, které materiál vydrží, aniž by se zlomil.
• Oblast 3 (až do zlomu)– Tato oblast definuje bod lomu materiálu. Zde se materiál rozpadá.

Křivka smykového napětí vs. smykové deformace pro měkkou ocel

Měkká ocel je tažný materiál. The smykové napětí vs smykové napětí graf pro tvárné materiály je uveden ve výše uvedené části.

• Horní mez kluzu– Zobrazuje limit proporcionality, pokud je materiál. Smykové přetvoření je přímo úměrné použitému smykovému napětí.
• Nižší mez kluzu -Tento bod ukazuje mez pružnosti materiálu. Materiál nezíská svůj původní tvar, pokud je namáháno mimo tento limit.
• Kalení kmenem-Za tímto bodem materiál vykazuje plastické chování, které i při mírném zvýšení napětí drasticky narůstá.
• Zlomenina-Je to bod lomu materiálu. V tomto okamžiku se materiál rozpadne.

Smykové napětí a smykové napětí v kapalině

Vše, co má tendenci téci, se nazývá tekutina. Tekutiny proudí ve vrstvách. Nejvyšší vrstva je nejrychlejší a nejspodnější vrstva, která je vedle povrchu nejpomalejší.

Smykové napětí v kapalině je dáno -

kde tau je smykové napětí, kterému působí tekutina.

u je rychlost tekutiny

x je vzdálenost mezi vrstvou tekutiny a povrchem

Rychlost smykové deformace v kapalině je dána -

Kde, phi je rychlost smykové deformace

v je rychlost tekutiny v rovině Y

u je rychlost tekutiny v rovině X

Jak souvisí smykové napětí a smykové napětí

Smykové napětí a smykové napětí spolu souvisí. Smykové přetvoření je výsledkem působení smykového napětí na obrobek.

Matematicky obě souvisí rovnicí uvedenou níže -

kde,

G je smykový modul tuhosti

Tau je střihový stres

Phi je smykové napětí

Aplikace křivky napětí-deformace

Abychom lépe porozuměli aplikacím křivky napětí-deformace, pojďme prozkoumat, jak ovlivňuje výběr materiálu a konstrukční návrh. Prozkoumáním těchto dvou pododdílů můžeme získat vhled do praktických důsledků stresu a namáhání na různé materiály a na úvahy spojené s vytvářením odolných a účinných konstrukcí.

Výběr materiálu

Při výběru je třeba vzít v úvahu vlastnosti materiálu a výkonnostní požadavky. Pevnost, houževnatost, elasticita a tažnost jsou všechny brány v úvahu. Cena, dostupnost a kompatibilita s výrobními procesy hrají také důležitou roli. Materiál by měl být schopen zvládnout namáhání bez nadměrné deformace nebo porušení, tzn spolehlivost a trvanlivost jsou klíčové.

Výběr materiálu není univerzální přístup. Různá průmyslová odvětví a aplikace mají jedinečné požadavky, což vede k různým výběrům materiálů. Například, letecký průmysl upřednostňuje lehké materiály s vysokým poměrem pevnosti k hmotnosti.

Článek v časopise „Výběr materiálů pro biomedicínská zařízení: případové studie“ zdůrazňuje důležitost pečlivého výběru materiálu návrh biomedicínského zařízení. To zajišťuje kompatibilitu s lidskými tkáněmi a minimalizuje nežádoucí reakce. Takže jako Jenga, špatný krok by mohl vést k architektonické katastrofě - vybírejte moudře!

Strukturální design

Konstrukce konstrukce zahrnuje výběr materiálů na základě pevnost, odolnost a cenu. To také vyžaduje výpočet sil na konstrukci a ujistěte se, že se nezhroutí nebo nedeformuje.

Navíc inženýři uvažují ekologické předpoklady (např. vítr nebo zemětřesení) a funkční potřeby (např. pohodlí cestujících). Používají počítačem podporovaný design modelovat, jak bude struktura fungovat.

Stavební inženýři spolupracují s architekty a dalšími odborníky, aby se ujistili, že konečná konstrukce splňuje bezpečnostní předpisy. Navíc oni neustále inovovat držet krok s postupující technologie.

Jako příklad při navrhování a výšková budova v oblasti náchylné k zemětřesení inženýr analyzoval data, prováděl simulace a konzultoval se seismology. Výsledkem byla konstrukce, která dokázala zvládnout i těžkou seismickou aktivitu a přitom si ji udržet funkce a vzhled.

Na závěr, Strukturální design je nezbytný pro naše zastavěné prostředí. Prostřednictvím pečlivé analýzy a inovativních řešení vytvářejí inženýři struktury, které jsou bezpečné, udržitelné a esteticky příjemné.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Napětí a deformace jsou integrálními pojmy ve světě mechanických vlastností materiálů. Stres je síla/oblast a kmen je kvůli tomu změna tvaru. Vztah mezi nimi popisuje a křivka napětí-deformace.

Různé typy napětí zahrnují tah, tlak a smyk. Různé typy deformace jsou podélné, smykové a objemové.

Důležité je, že napětí a deformace jsou úměrné až do proporcionální meze nebo meze pružnosti. Poté se materiál nemusí vrátit do svého původního tvaru - to je plastické chování. Mez průtažnosti je místo, kde k tomu dochází. Pružnost je schopnost vrátit se do původního tvaru.

Napětí se měří v jednotkách, jako jsou pascaly a libry na čtvereční palec. Kmen je procentuální nebo desetinné číslo.

Mechanické chování a výkon materiálů závisí na pochopení napětí a deformace. Vztah napětí-deformace materiálu odhaluje jeho pevnost, tažnost, elasticitu a další mechanické vlastnosti.

Pro Tip: Při interpretaci křivky napětí-deformace věnujte pozornost hodnotám jako mez kluzu (maximální napětí pro plastické chování) a maximální pevnost v tahu (maximální napětí před poruchou). Tyto informace poskytují náhled na vlastnosti materiálu.

Často kladené otázky

Otázka: Jaký je rozdíl mezi stresem a námahou?

Odpověď: Napětí je síla na jednotku plochy, zatímco deformace je deformace, kterou materiál podstoupí v důsledku napětí. Stres je příčinou, zatímco napětí je následek.

Otázka: Co je deformační křivka?

Odpověď: Křivka deformace ukazuje vztah mezi napětím a deformací pro konkrétní materiál. Používá se k určení chování materiálu při působení vnějších sil.

Otázka: Co je deformace?

Odpověď: Deformace se týká změny tvaru nebo velikosti materiálu v důsledku působení deformační síly.

Otázka: Jak je definován kmen?

A: Deformace je definována jako změna délky nebo objemu materiálu na jednotku jeho původní délky nebo objemu.

Otázka: Jaká je kolmá plocha objektu?

A: Kolmá plocha předmětu je plocha průřezu materiálu, která je kolmá ke směru síly.

Otázka: Jak určujete stres a napětí?

A: Napětí je určeno vydělením použité síly plochou materiálu, zatímco deformace je určena vydělením změny délky původní délkou materiálu.

Otázka: Jaký je limit proporcionality?

A: Mez proporcionality je bod, za kterým již napětí není přímo úměrné deformaci a materiál začíná vykazovat plastickou deformaci.

Otázka: Jaká je mez průtažnosti materiálu?

Odpověď: Mez kluzu materiálu je bod napětí, za kterým materiál vykazuje významnou plastickou deformaci nebo trvalou deformaci.

Otázka: Jaký je rozdíl mezi elastickou a plastickou deformací?

Odpověď: Elastická deformace je dočasná a materiál se po odstranění síly vrátí do původního tvaru. Plastická deformace je trvalá a materiál se po odstranění síly nevrátí do původního tvaru.

Otázka: Jak nakreslíte graf závislosti stresu na napětí?

A: Napětí je vyneseno na ose y a deformace je vyneseno na ose x. Výsledná křivka je deformační křivka pro materiál.

Otázka: Jaký je krk materiálu?

A: Krk materiálu je oblast, kde podléhá největší deformaci, když je vystaven deformační síle.