Síla materiálů: 27 kompletních rychlých faktů

Existují dva typy těla: tuhé tělo a deformovatelné tělo. Vzdálenost mezi libovolnými dvěma body zůstává konstantní, přičemž síla působící na tělo je známá jako a tuhé tělo a tělo, ve kterém je tato změna vzdálenosti známá jako a deformovatelné tělo. Pevností materiálu je studium deformovatelných těles. V tomto studujeme různé vlastnosti materiálů působením síly. Studium pevnosti materiálů pomáhá vybrat materiál pro různé aplikace podle jejich vlastností. Síla materiálu se také označuje jako Mechanika materiálu. Síla materiálu zahrnuje napětí, přetvoření, křivku napětí-deformace atd.

Inženýrský stres

• Okamžité zatížení nebo síla působící na jednotku původní plochy průřezu (před jakoukoli deformací) se označuje jako technické napětí.
•  Označuje to σ (sigma). Jednotka SI technického napětí je N / m² nebo Pascal (Pa).

Inženýrské napětí = (použitá síla) / (původní oblast)

Klikněte zde! pro více informací

Klasifikace stresu

Obecně jsou následující inženýrská napětí klasifikována ve studiích pevnosti materiálů.

Normální stres

• Když je aplikovaná síla kolmá k danému průřezu vzorku (axiální zatížení), pak je odpovídající napětí produkované v materiálu známé jako normální napětí.
•  Mnohokrát síla působící na povrch není rovnoměrná; v takovém případě vezmeme průměr aplikované síly.

Normální napětí = (kolmá složka aplikované síly) / plocha

Pevnost v tahu

Když je aplikovaná síla pryč od materiálu, pak vznikající napětí je známé jako tahové napětí.

Tlakové napětí

Když je aplikovaná síla směrem k objektu, pak vzniklé napětí je známé jako tlakové napětí.

Napětí v ohybu

• Když je na materiál ve tvaru paprsku aplikována síla, vrchní povrch materiálu prochází tlakovým typem napětí a spodní povrch prochází napěťovým napětím a střed paprsku zůstává neutrální. Takové napětí se nazývá ohybové napětí.
•  Je také znám jako ohybové napětí.

Smykové napětí

Když je aplikovaná síla rovnoběžná s oblastí, na kterou působí, je napětí známé jako smykové napětí.

Vzorec smykového napětí

Smykové napětí = (síla působící rovnoběžně s horní a dolní stranou) / plocha.

Napětí v tahu vs Napětí ve smyku

Kombinovaná stresová rovnice

Při studiu pevnosti materiálů v reálných příkladech můžeme mít případy, kdy na materiál působí více než jeden typ napětí, v takovém případě musíme mít rovnici, která může kombinovat různé typy napětí

Následuje rovnice, která kombinuje smykové a tahové napětí.

Kde,

f_x= tahové nebo tlakové napětí ve směru x

f_y= tahové nebo tlakové napětí ve směru y

f_s= smykové napětí působící na plochy ve směru xay

f₁= maximální princip Napětí

f₂= minimální napětí v tahu

q = maximální smykové napětí

Faktor koncentrace stresu

• Ve studiích pevnosti materiálů mnohokrát není materiál, na který aplikujeme stres, jednotný. Může mít určité nepravidelnosti ve své geometrii nebo uvnitř struktury vytvořené v důsledku zářezů, poškrábání otvorů, zaoblení, drážek atd., Což způsobí, že koncentrace napětí bude v určitém okamžiku na materiálu známém jako koncentrace stresu or stres stoupač / zvedák.
• Stupeň této koncentrace je vyjádřen jako poměr maximálního napětí k referenčnímu napětí, kde referenční napětí je celkové napětí v prvku za stejných podmínek zatížení, bez jakékoli koncentrace nebo diskontinuity.

Vzorec faktoru koncentrace stresu:

Koncentrace stresu = maximální napětí / referenční napětí

Klikněte zde! pro více informací

Faktor bezpečnosti

• Při studiu pevnosti materiálů vždy existují určité nejistoty v naměřených hodnotách napětí; proto stres, který budeme uvažovat pro naše použití, známý jako pracovní stres (σ_w) je vždy menší než experimentální hodnota stresu. Ve většině aplikací uvažujeme mez kluzu (σ_y).
• Pracovní napětí se určuje snížením meze kluzu o faktor; tento faktor je znám jako faktor bezpečnosti. Faktorem bezpečnosti je tedy poměr meze kluzu k pracovnímu namáhání. Jeho symbol je N. Je to bezjednotkové množství.

            Faktor bezpečnosti = mez kluzu / pracovní zátěž

Inženýrské napětí

• Změna délky v určitém okamžiku materiálu na jednotku původní délky (před jakýmkoli použitím síly) je známá jako technické napětí.
•  Označuje to ε (Epsilon) nebo γ (Gama). Je to bezjednotkové množství.

              Inženýrské napětí = (změna délky) / (původní délka)

Poissonův poměr

• Když se na materiál aplikuje tahové napětí, dojde k prodloužení podél aplikované osy zatížení a zkrácení spolu s kolmými směry na aplikované napětí. Napětí vznikající ve směru aplikovaného napětí je tedy známé jako axiální přetvoření a napětí vyvolané v kolmém směru, které je aplikované napětí, je známé jako boční napětí or příčné napětí.
• Poměr bočního a axiálního napětí je znám jako Poissonův poměr. Označuje se ʋ (nu). Pro daný materiál je to velmi důležitá konstanta.

            Poissonův poměr = - (laterální napětí / axiální napětí)

Nechť je aplikované zatížení ve směru z a přetvoření produkované v tomto směru je ε_x  a materiál je izotropní a homogenní (), potom je Poissonův poměr

Chcete-li se dozvědět podrobně o Poissonově poměru Návštěva zde

Křivka napětí-napětí

• Vykreslení napětí na přetvoření poskytuje značné množství vlastností materiálu při studiu pevnosti materiálů.
• Křivka napětí-deformace je křivka napětí proti deformaci, ve které je napětí na nezávislé ose, tj. Na ose x a napětí na závislé, tj. Na ose y. Je to důležitá vlastnost materiálu.
• Při aplikaci zatížení se v materiálu vyskytují dva typy deformace v závislosti na hodnotě přetvoření, první je elastická deformace a druhá plastická deformace.

Skutečná křivka napětí-napětí

Jedná se o křivku napětí-deformace, ve které je vyneseno skutečné napětí proti skutečnému napětí. Stres i napětí jsou založeny na okamžitém měření. Okamžitá plocha průřezu je tedy považována za místo původního průřezu a okamžitá délka je považována za místo původní délky.

Elastická deformace

• Elastická deformace je deformace, při které materiál získá původní tvar po odstranění síly.
• Tato oblast má proporcionální limit, elastický limit, horní mez kluzu a dolní mez kluzu.

Modul pružnosti | Hookeův zákon

• Když dojde k tomuto typu deformace, napětí v kovovém kusu je téměř úměrné napětí; proto k této deformaci dochází jako přímka v grafu Napětí proti přetvoření s výjimkou některých materiálů, jako je šedá litina, beton a mnoho polymerů.
• Stres je úměrný napětí v tomto vztahu.

• Toto je známé jako Hookeův zákon, kde Y je konstanta proporcionality známá jako Youngův modul or modul pružnosti. Označuje to také E. Jedná se o sklon křivky napětí-deformace v meze pružnosti. Je to jeden z nejdůležitějších zákonů při studiu pevnosti materiálu.

Vzorec modulu pružnosti

Jeho hodnota je u keramiky o něco vyšší než u kovů a u polymerů o něco nižší než u kovů. Nebo se vyžaduje, aby většina struktur měla deformaci pouze v mezích pružnosti; proto je tento region docela důležitý.

Plastická deformace

• Pokud je aplikovaná síla v této oblasti odstraněna, materiál znovu nezíská svůj původní tvar.
• Deformace v materiálu je trvalá.
• V této oblasti neplatí Hookeův zákon.
• Tato oblast má maximální pevnost v tahu materiálů a bod zlomu.

• Na křivce je několik bodů kolem kterého typu deformačních změn. Tyto body jsou velmi důležité, protože nám říkají o omezeních a rozsahu materiálů, které jsou v konečném důsledku užitečné při použití materiálů.

Proporcionální limit

• Je to bod v křivce, do kterého je napětí úměrné deformaci.
• Když je materiál roztažen za mez proporcionality, napětí není úměrné napětí, ale přesto vykazuje elastické chování.

Elastický limit

• Je to bod v křivce, do kterého vykazuje materiál elastické chování.
• Po tomto bodě začíná plastická deformace v materiálu.
• Za mezí pružnosti způsobuje napětí tok nebo výtěžek materiálu.

Výnosový bod

Je to bod, kde dochází k výtěžku materiálu; od tohoto bodu tedy začíná plastická deformace materiálu.

Co je výtěžnost?

• Napětí odpovídající meze kluzu je známé jako mez kluzu—Je odolný vůči plastické deformaci.
• Mnohokrát není možné jej přesně lokalizovat. Přechod z elastického plastu je dobře definovaný a velmi náhle označován jako fenomén meze kluzu.

• Horní výtěžek: Jedná se o bod v grafu, ve kterém je zapotřebí maximální zatížení nebo napětí potřebné k zahájení plastické deformace materiálu.

• Nižší výtěžek: Jedná se o bod, ve kterém je k udržení plastického chování materiálu nutné minimální napětí nebo zatížení.

• Horní mez kluzu je nestabilní, ale dolní mez kluzu je stabilní, proto při navrhování komponent používáme dolní mez kluzu.

Definice maximální síly | Definice nejvyššího stresu

• Poté, co ustoupí, jak plastická deformace pokračuje, dosáhne maximální hranice známé jako mezní napětí nebo mezní pevnost.
• Je také známý jako Maximální pevnost v tahu (UTS) nebo pevnost v tahu. Je to maximální napětí, které může vydržet materiál v tahu.
• Všechny deformace až do tohoto bodu jsou rovnoměrné, ale při tomto maximálním napětí se začíná formovat malé zúžení materiálu, tento jev se označuje jako „zúžení“.

Bod prasknutí | Bod lomu | Bod zlomu

• Stres nezbytný pro pokračování plastické deformace se po konečné pevnosti začne snižovat a nakonec materiál rozbije v bodě známém jako bod prasknutí nebo bod lomu.
• Napětí materiálu v místě prasknutí je známé jako „mez pevnosti v přetržení“.

Křivka napětí-napětí pro křehký materiál

Křivka napětí-deformace pro tvárný materiál

 Čj. - Nervové vypětí

Důležité otázky a odpovědi týkající se pevnosti materiálů

Co je inženýrský stres?

Okamžité zatížení nebo síla aplikovaná na jednotku původní plochy průřezu (před jakýmkoli použitím síly) je známá jako technické napětí.

Označuje se σ (sigma). Jednotka SI technického namáhání je N / m2 nebo Pascal (Pa).

Co je Engineering Strain?

Změna délky v určitém okamžiku materiálu na jednotku původní délky (před jakýmkoli použitím síly) je známá jako technické napětí.

Označuje se ε (Epsilon) nebo γ (Gamma). Je to bezjednotkové množství.

Co je to tahový stres?

Když je aplikovaná síla pryč od materiálu, pak vznikající napětí je známé jako tahové napětí.

Co je tlakové napětí?

Když je aplikovaná síla směrem k objektu, pak vznikající napětí je známé jako tlakové napětí.

Co je to smykové napětí?

Když je aplikovaná síla rovnoběžná s oblastí, na kterou působí, je napětí známé jako smykové napětí.

Co je faktor bezpečnosti?

V naměřených hodnotách napětí vždy existují určité nejistoty; proto je stres, který budeme uvažovat pro naše použití známé jako pracovní stres (σw), vždy menší než experimentální hodnota stresu. Ve většině aplikací uvažujeme mez kluzu (σy).

Pracovní napětí se určuje snížením meze kluzu o faktor; tento faktor je znám jako faktor bezpečnosti. Faktorem bezpečnosti je tedy poměr meze kluzu k pracovnímu namáhání. Jeho symbol je N. Je to bezjednotkové množství.

Co je to křivka skutečného napětí-napětí?

Jedná se o křivku napětí-deformace, ve které je vyneseno skutečné napětí proti skutečnému napětí. Stres i deformace jsou založeny na okamžitém měření, proto se místo původního průřezu uvažuje okamžitá plocha průřezu a místo původní délky se uvažuje okamžitá délka.

Co je bod zlomu?

Stres nezbytný pro pokračování plastické deformace se po konečné pevnosti začne snižovat a nakonec materiál rozbije v bodě známém jako bod zlomu.

Co je nejvyšší pevnost v tahu?

Poté, co se vzdaluje, jak plastická deformace pokračuje, dosahuje maximální meze známé jako mezní napětí nebo mezní pevnost, je také známá jako mezní pevnost v tahu (UTS).

Co je Hookeův zákon? | Vysvětlete Hookův zákon

Když dojde k tomuto typu deformace, napětí v kovovém kusu je téměř úměrné napětí; proto k této deformaci dochází jako přímka v grafu Napětí proti přetvoření s výjimkou některých materiálů, jako je šedá litina, beton a mnoho polymerů. Stres je úměrný napětí v tomto vztahu.

Toto je známé jako Hookeův zákon, kde Y je konstanta proporcionality známá jako Youngův modul.

Je to jeden z nejdůležitějších zákonů ve studiích pevnosti materiálů.

ZÁVĚR

V tomto článku jsou podrobně vysvětleny důležité názvosloví pevnosti materiálů, jako je technické napětí, přetvoření, křivka napětí-deformace u tažných i křehkých materiálů, mladý modul, Poissonův poměr atd.

Další informace o strojírenství a pevnosti materiálů klikněte zde!

TechieScience Core SME

Základní tým TechieScience pro malé a střední podniky je skupina zkušených odborníků z různých vědeckých a technických oborů včetně fyziky, chemie, technologie, elektroniky a elektrotechniky, automobilového průmyslu a strojního inženýrství. Náš tým spolupracuje na vytváření vysoce kvalitních, dobře prozkoumaných článků o široké škále vědeckých a technologických témat pro web TechieScience.com.

Všechny naše senior SME mají více než 7 let zkušeností v příslušných oborech. Jsou to buď profesionálové z pracovního průmyslu, nebo jsou spojeni s různými univerzitami. Odkazovat Naši autoři Stránka, kde se dozvíte o našich základních malých a středních podnicích.