Стрес срещу напрежение: Разбиране на основните разлики и техните последици

Напрежението и напрежението са двата свързани термина, които измерват способността на даден материал да приеме натиска отвън. Напрежението е количеството сила, приложена към всеки от материалите. От друга страна, когато материалите са принудени да променят поведението си, се нарича щам. Разбирането как се държат тези сили улеснява инженерите да разработват сигурни и ефективни материали за структурите. Така, тази статия допълнително ще проучи основите на стреса и напрежението и ще даде на читателя обща представа за важността на тези фактори на практика.

Как бихте определили стреса?

Напрежението е сила, действаща върху единицата площ на всеки материал, за да се получи оценка на големината на вътрешните сили, действащи върху две съседни частици. Ако говорим за неговата формула, напрежението е сила на единица площ. Обикновено се измерва в паскали (татко) или нютони на квадратен метър (N/m²). Математическият му израз е:

σ=F/A

Тук F е приложената сила, а A означава площта на напречното сечение на канала.

Значението на стреса

Напрежението се отнася главно до силата, която прилагаме върху дадена област от материал. Прилагането на сила върху материал създава вътрешни сили. освен това, тези сили се простират в целия материал. Силата, действаща върху площта на единица площ, се описва с това, което наричаме напрежение. Осъзнаването на напрежението е полезно при идентифицирането на начина, по който даден материал ще се държи при различни натоварвания, без да достигне точката си на счупване.

Различни видове стрес

Ето и другите видове стрес

1. Напрежение на опън: Обикновено се усеща, когато силата на напрежение издърпва материала до нова успоредна дължина, i.e. удължението. Пример е, когато два края на ластик се разделят.
2. Напрежение на натиск: Това се случва, когато определена част от материала се притиска една към друга, което води до намаляване на размера. напр. лък и навеждане ниско, за да поеме лъка и компресията на пружината.
3. Напрежение на срязване: Това се случва, когато силите са успоредни на определена част от материала. освен това, неговите слоеве от материала се плъзгат един покрай друг. Пример за това са ножиците, използвани при рязане на хартия.
4. Напрежение при огъване: Обикновено това се случва поради деформация. It occurs when the material starts to bend due to the load with both the tension and the compression forces. Пример за това е провисване на греда под натоварване, приложено към средата.
5. Напрежение на усукване: Това е прякото напрежение, причинено от усукващо натоварване, което води до напрежението на срязване в материала. Пример за това е метален прът, който се върти с помощта на въртящ момент в двата края.

Причини за стрес

Следните са основните причини за стреса;

1. Външни сили

Външните натоварвания, действащи върху всяка конструкция, прилагат сили директно върху материала и причиняват напрежение. Тези сили могат да бъдат напрежение, компресия, и срязване. Резултатните сили са изключително високи в малък регион. освен това, динамичното напрежение е постоянното осцилиращо налягане. Обикновено той е отговорен за причиняването на стрес от умора, който постепенно износва материала.

2. Фактори на околната среда

Топлината влияе върху размерите на материалите и увеличава или намалява техния размер. освен това, химическата атака отслабва материала и генерира вътрешни напрежения. Влагата и влагата причиняват подуване и разграждане, особено при хигроскопичните. Вибрациите създават напрежение в материалите, като ги деформират механично. освен това, радиация като UV или гама лъчи, причинява увреждане на материала на атомно ниво.

Как да измерим стреса?

Ето няколко възможни начина за правилно измерване на стреса;

• Натоварващи клетки: Те помагат за превръщането на механичната сила в електрически сигнали. освен това, те дават точни и повтарящи се измервания в различни сценарии.
• Тензодатчици: Те измерват деформацията чрез анализиране на промените в електрическото съпротивление. освен това, те осигуряват точни измервания на деформация за измерване на вътрешно напрежение.

• Крива напрежение-деформация: Тази крива помага при начертаването на напрежението спрямо напрежението. Разкрива еластично и пластично поведение заедно с ключови точки, i.e. граница на провлачване (начало на пластична деформация), крайна якост на опън (максимален стрес), и точка на счупване (провал). , освен това, тази крива също помага при избора на материал и структурния дизайн.
• Други техники: Това може да бъде фотоеластичност за модели на визуален стрес. освен това, те могат да бъдат анализ на крайните елементи за изчислителна симулация на напрежение. освен това, тези техники могат да включват рентгенова дифракция за измерване на остатъчно напрежение и акустична емисия. Така, те могат лесно да открият стрес вълни.

Как бихте определили напрежението?

Деформацията е наименование на деформация, която представлява изместването между частиците в материално тяло. Това изместване може да бъде спрямо референтна дължина. освен това, деформация оценява колко материал се деформира под напрежение. Общият му израз е

Разтягане = промяна в дължината / оригинална дължина. или

щам (д) ϵ=ΔL/ Lo

Значение на щама

Щамът има голямо значение в областта на строителството. Помага да се предвиди как материалите ще се държат при различни условия на натоварване. освен това, позволява на инженерите да обмислят дали даден материал ще се върне в първоначалната си форма след премахване на товара (еластично поведение). Така, щамът ще ни помогне в знанията, за да осигурим структурна цялост и да предотвратим повреда на материала в инженерните приложения.

Причини за щам

Следните фактори причиняват напрежение в различни материали:

1. Външни сили

Самоприложени натоварвания, i.e. напрежение, компресия, сила на срязване, сила на огъване, и въртящият момент директно причиняват деформация в материалите. Тези сили променят формата или размера на материала и водят до напрежение.

2. Фактори на околната среда

Топлината и студът влияят върху размерите на материалите и по този начин възниква топлинен стрес. Някои химикали могат да причинят деформация и влошаване на материала. освен това, промените в съдържанието на влага на някои материали ще ги принудят или да се разширяват, или да се свиват. Радиацията може да причини промяна в решетката в материала на атомно ниво, което води до напрежение.

Как да измерим напрежението?

Нека обсъдим подробно техниките за измерване на напрежението;

1. Тензодатчици: Сензорите, които се използват за количествено определяне на нивото на изкривяване в конкретно вещество, са известни като тензодатчици. В процеса, обаче, те деформират материала и променят електрическото съпротивление.
2. Екстензометри: Тези устройства измерват промяната в дължината на проба от материал, когато върху нея се прилага товар. Те имат широко приложение при тестове за опън.

3. Корелация на цифрово изображение (DIC):Това е разбираема техника за оптичен контрол на възхода, която използва цифрови изображения, за да наблюдава изкривяването на повърхността на материала. Може да измерва напрежението на общото поле. освен това, той е ефективен при анализ на деформация, който изисква подробна информация.
4. Фотоеластичност: Това е процес на визуализиране на напрежението с помощта на поляризационен микроскоп. освен това, използва принципа на поляризирана светлина. Те помагат при определяне на зони на висок стрес и разбиране на трудни модели на напрежение.
5. Анализ на крайните елементи (FEA):Това е един от числените методи за прогнозиране на деформацията на материала, когато върху него действат различни натоварвания. Той обработва специфична информация за щама. Тази информация е полезна при определяне на подходящата рамка и дизайн на материали и системи.

Основни разлики между стрес и напрежение

Ето таблицата, която дава по-добро разбиране на ключовите разлики между стрес и напрежение.

стрес	Прецедете
Може да се дефинира като сила, действаща на единица площ в материал.	Това е деформация по отношение на първоначалната дължина
Това може да се изрази като σ=F​/A	Може да се означи като ϵ=ΔL​/L0​
Единици = Паскал (татко) или нютони на квадратен метър (N/m²)	Той е безразмерен, тъй като е съотношението на същите параметри
Стресът получава оценка на вътрешните сили	Просто мерките се променят по форма или размер
Причинени от външни сили и фактори на околната среда	Причинени от външни сили и фактори на околната среда
Видове: Опън, Компресивен, Срязване, Огъване, Торзионни	Видове: Опън, Компресивен, Срязване, Огъване, Торзионни
Показва толерантността на силата на материала	Показва деформация на материала под въздействието на сила
Измерено с динамометрични клетки, тензодатчици, крива напрежение-деформация, FEA	Измерено с тензодатчици, екстензометри, DIC, FEA
Използва се при избора на материал, конструктивен дизайн, прогнозиране на неуспех	Използва се при анализ на ефективността, изследване на деформацията, структурна цялост

Как стресът и напрежението са свързани помежду си?

Първоначално напрежението и напрежението са две понятия, които имат тясна връзка в областта на материалознанието. Напрежението се определя като силата на единица площ, която материалът изпитва, докато деформацията е промяната в размерите на материала, докато той изпитва напрежение. Корелацията напрежение-деформация обикновено се представя в диаграма напрежение-деформация, която илюстрира поведението на материала, когато е под напрежение. В еластичната област, напрежението и напрежението са право пропорционални и се управляват от закона на Хук, i.e. σ=Eϵ

Как бихте определили стреса срещу Крива на деформация?

Крива на напрежение срещу деформация – графично представяне на количеството напрежение, приложено върху материала, и количеството деформация, което показва. Така. тук са неговите ключови региони и точки на кривата:

• Еластичен регион: Регион, където съотношението напрежение и напрежение е правопропорционално, както е посочено в закона на Хук; i.e. σ=Eϵ. Тук, материалът възвръща първоначалната си форма след отстраняване на напрежението.
• Точка на провлачване: Материалът започва да се огъва над границата на провлачване и причинява постоянна деформация дори когато напрежението се освободи.
• Пластмасов регион: В този момент, материалът се втвърдява трайно след етапа на провлачване.
• Максимална якост на опън: Количеството напрежение, което материалът може конкретно да понесе до точката на прегъване.
• Точка на счупване: Нарича се още като истинска точка на повреда, което е позицията на точката на счупване на материала.

Кривата също е от съществено значение за обяснението на свойствата на материала. освен това, помага в процеса на избор на правилния материал в процеса на инженерно проектиране.

Заключение

В заключение, стрес v. щам, напрежението и напрежението са основни понятия на материалознанието и инженерството. Има значителна стойност при изучаването на материалните реакции, произтичащи от различни сили. Подобно на напрежението, което определя вътрешните сили в материала, напрежението определя деформацията, която идва със силите. Кривите напрежение-деформация, които представляват техния вид връзка, са много ценни за придобиване на общо разбиране на материалните характеристики и поведение. По този начин, овладяването на тези концепции от инженери и учени ще доведе до разработването на по-безопасни и по-ефективни структури и материали. Свържете се с нас за повече информация.