Stress contro tensione: Comprendere le differenze chiave e le loro implicazioni

Lo stress e la deformazione sono i due termini correlati che misurano la capacità di un dato materiale di accettare la pressione dall'esterno. Lo stress è la quantità di forza applicata a qualsiasi materiale. D'altra parte, quando i materiali sono costretti a cambiare il loro comportamento, si chiama tensione. Comprendere come si comportano queste forze rende più semplice per gli ingegneri sviluppare materiali sicuri ed efficienti per le strutture. COSÌ, questo articolo esplorerà ulteriormente le basi dello stress e della deformazione e darà al lettore un'idea generale dell'importanza di questi fattori nella pratica.

Come definiresti lo stress?

Lo stress è una forza che agisce sull'area unitaria di qualsiasi materiale per ottenere una stima dell'entità delle forze interne che agiscono su due particelle vicine. Se parliamo della sua formula, lo stress è la forza per unità di area. Di solito viene misurato in pascal (Papà) o newton per metro quadrato (N/m²). La sua espressione matematica è:

σ=F/A

Qui F è la forza applicata e A sta per l'area della sezione trasversale del canale.

Importanza dello stress

Lo stress si riferisce principalmente alla forza che applichiamo su un'area di un materiale. L'applicazione di una forza a un materiale crea forze interne. Inoltre, queste forze si estendono in tutto il materiale. La forza che agisce sull'area per unità di area è descritta in ciò che chiamiamo stress. La consapevolezza dello stress è utile per identificare il modo in cui un materiale si comporterà sotto carichi diversi senza raggiungere il punto di rottura.

Diversi tipi di stress

Ecco gli altri tipi di stress

1. Sollecitazione di trazione: Si verifica normalmente quando la forza di stress tira il materiale ad una nuova lunghezza parallela, i.e. l'allungamento. Un esempio è quando le due estremità di un elastico vengono separate.
2. Sollecitazione compressiva: Si verifica quando una particolare parte del materiale viene spinta l'una verso l'altra portando ad una diminuzione delle dimensioni. Per esempio. arco e flessione bassa per prendere l'arco e la compressione della molla.
3. Sollecitazione di taglio: Si verifica quando le forze sono parallele ad una certa parte del materiale. oltre a questo, i suoi strati di materiale scivolano uno accanto all'altro. Un esempio sono le forbici utilizzate per tagliare la carta.
4. Sollecitazione di flessione: Generalmente accade a causa della deformazione. Si verifica quando il materiale inizia a piegarsi a causa del carico sia di tensione che di compressione. Un esempio è l'abbassamento della trave sotto un carico applicato al suo centro.
5. Sollecitazione torsionale: È la sollecitazione diretta causata da un carico torsionale che porta alla sollecitazione di taglio in un materiale. Un esempio è un'asta metallica che ruota utilizzando una coppia su entrambe le estremità.

Cause dello stress

Di seguito sono riportate le principali cause di stress;

1. Forze esterne

I carichi esterni che agiscono su qualsiasi struttura applicano forze direttamente sul materiale e causano stress. Queste forze possono essere tensione, compressione, e taglio. Le forze risultanti sono estremamente elevate in una piccola regione. oltre a questo, lo stress dinamico è la pressione oscillante costante. Di solito è responsabile di causare stress da fatica che consuma gradualmente il materiale.

2. Fattori ambientali

Il calore influisce sulle dimensioni dei materiali e ne aumenta o riduce le dimensioni. oltre a questo, un attacco chimico indebolisce il materiale e genera tensioni interne. L'umidità e l'umidità causano rigonfiamento e degrado soprattutto in quelli igroscopici. Le vibrazioni producono stress nei materiali deformandoli meccanicamente. Inoltre, radiazioni come i raggi UV o gamma, provoca danni a livello atomico al materiale.

Come misurare lo stress?

Ecco alcuni modi possibili per misurare lo stress in modo appropriato;

• Celle di carico: Aiutano a convertire la forza meccanica in segnali elettrici. oltre a questo, forniscono misurazioni accurate e ripetitive in diversi scenari.
• Estensimetri: Misurano la deformazione analizzando le variazioni della resistenza elettrica. oltre a questo, forniscono misurazioni accurate della deformazione per misurare lo stress interno.

• Curva sforzo-deformazione: Questa curva aiuta a tracciare lo stress rispetto alla deformazione. Rivela il comportamento elastico e plastico insieme ai punti chiave, i.e. punto di snervamento (inizio della deformazione plastica), resistenza alla trazione finale (massimo stress), e punto di frattura (fallimento). , Inoltre, questa curva aiuta anche nella scelta dei materiali e nella progettazione strutturale.
• Altre tecniche: Questi possono essere fotoelasticità per i modelli di stress visivo. oltre a questo, possono essere analisi agli elementi finiti per la simulazione computazionale dello stress. Inoltre, queste tecniche possono includere la diffrazione di raggi X per la misurazione dello stress residuo e dell'emissione acustica. COSÌ, possono facilmente rilevare le onde di stress.

Come definiresti la tensione??

Deformazione è un nome di deformazione che rappresenta lo spostamento tra le particelle in un corpo materiale. Questo spostamento può essere relativo ad una lunghezza di riferimento. oltre a questo, la deformazione stima quanto un materiale si deforma sotto stress. La sua espressione generale è

Deformazione = variazione di lunghezza / lunghezza originale. O

sottoporre a tensione (e) ϵ=ΔL/Lo

Importanza della tensione

La tensione ha una certa importanza nel campo delle costruzioni. Aiuta a prevedere come si comporteranno i materiali in diverse condizioni di carico. oltre a questo, consente agli ingegneri di valutare se un materiale tornerà alla sua forma originale dopo aver rimosso il carico (comportamento elastico). COSÌ, la tensione ci aiuterà nella conoscenza per garantire l'integrità strutturale e prevenire il cedimento dei materiali nelle applicazioni ingegneristiche.

Cause di tensione

I seguenti fattori causano sollecitazioni nei diversi materiali:

1. Forze esterne

Carichi autoapplicati, i.e. tensione, compressione, forza di taglio, forza di flessione, e la coppia causano direttamente la deformazione dei materiali. Queste forze modificano la forma o le dimensioni del materiale e provocano deformazioni.

2. Fattori ambientali

Il caldo e il freddo influenzano le dimensioni dei materiali e quindi si verifica lo stress termico. Alcuni prodotti chimici possono causare deformazione e deterioramento del materiale. oltre a questo, i cambiamenti nel contenuto di umidità di alcuni materiali li costringeranno a espandersi o restringersi. Le radiazioni possono causare un cambiamento nel reticolo all'interno del materiale a livello atomico con conseguente deformazione.

Come misurare la tensione?

Parliamo in dettaglio delle tecniche di misurazione della deformazione;

1. Estensimetri: I sensori utilizzati per quantificare il livello di distorsione in una particolare sostanza sono noti come estensimetri. Nel processo, Tuttavia, deformano il materiale e alterano la resistenza elettrica.
2. Estensimetri: Questi dispositivi misurano la variazione di spessore in lunghezza di un campione di materiale quando ad esso viene applicato il carico. Questi hanno ampie applicazioni nelle prove di trazione.

3. Correlazione delle immagini digitali (DIC):Si tratta di una tecnica di controllo dell’ascendenza ottica comprensibile che utilizza immagini digitali per osservare la distorsione della superficie di un materiale. Può misurare la deformazione del campo totale. oltre a questo, è efficiente nell'analisi della deformazione che richiede informazioni dettagliate.
4. Fotoelasticità: È un processo di visualizzazione della tensione utilizzando un microscopio polarizzatore. oltre a questo, utilizza il principio della luce polarizzata. Aiutano a determinare le aree di elevato stress e a comprendere modelli di deformazione difficili.
5. Analisi degli elementi finiti (FEA):È uno dei metodi numerici per prevedere la deformazione del materiale quando su di esso agiscono carichi diversi. Elabora informazioni specifiche sul ceppo. Queste informazioni sono utili per determinare la struttura e la progettazione appropriate di materiali e sistemi.

Differenze chiave tra stress e tensione

Ecco la tabella per comprendere meglio le principali differenze tra stress e deformazione.

Stress	Sottoporre a tensione
Può essere definita come una forza che agisce per unità di area all'interno di un materiale.	È una Deformazione riguardante la lunghezza originaria
Questo può essere espresso come σ=F​/A	Può essere indicato come ϵ=ΔL​/L0​
Unità = Pascal (Papà) o Newton per metro quadrato (N/m²)	È adimensionale poiché è il rapporto tra gli stessi parametri
Lo stress ottiene la stima delle forze interne	Semplicemente le misure cambiano di forma o dimensione
Causato da forze esterne e fattori ambientali	Causato da forze esterne e fattori ambientali
Tipi: Trazione, Compressivo, Taglio, Piegatura, Torsionale	Tipi: Trazione, Compressivo, Taglio, Piegatura, Torsionale
Indica la tolleranza alla forza del materiale	Indica la deformazione del materiale sotto sforzo
Misurato con celle di carico, estensimetri, curva sforzo-deformazione, FEA	Misurato con estensimetri, estensimetri, DIC, FEA
Utilizzato nella selezione dei materiali, progettazione strutturale, previsione del fallimento	Utilizzato nell'analisi delle prestazioni, studio della deformazione, integrità strutturale

In che modo lo stress e la tensione sono correlati tra loro?

Originariamente stress e deformazione sono due concetti che hanno una stretta relazione nel campo della scienza dei materiali. Lo stress è definito come la forza per unità di area subita da un materiale, mentre la deformazione è il cambiamento delle dimensioni del materiale quando è sottoposto a stress. La correlazione sforzo-deformazione è solitamente rappresentata in un diagramma sforzo-deformazione che illustra il comportamento di un materiale quando sollecitato. Nella regione elastica, lo sforzo e la deformazione sono direttamente proporzionali e sono governati dalla legge di Hooke, i.e. σ=Eϵ

Come definiresti lo stress contro Curva di deformazione?

Curva sforzo/deformazione: una rappresentazione grafica della quantità di stress imposto su un materiale e della quantità di deformazione che mostra. COSÌ. ecco le sue regioni chiave e i punti sulla curva inclusi:

• Regione elastica: Regione in cui le relazioni di sforzo e deformazione sono direttamente proporzionali come stabilito dalla Legge di Hook; i.e. σ=Eϵ. Qui, il materiale riacquista la sua forma originale dopo la rimozione dello stress.
• Punto di resa: Il materiale inizia a piegarsi oltre il suo punto di snervamento e provoca deformazioni permanenti anche quando lo stress viene rilasciato.
• Regione plastica: A questo punto, il materiale si solidifica permanentemente oltre la fase di snervamento.
• Massima resistenza alla trazione: La quantità di stress che il materiale può tollerare specificamente fino al punto di strizione.
• Punto di frattura: Viene anche definito il vero punto di fallimento, che è la posizione del punto di rottura del materiale.

La curva è essenziale anche per spiegare le proprietà del materiale. oltre a questo, aiuta nel processo di scelta del materiale giusto nel processo di progettazione ingegneristica.

Conclusione

Insomma, stressare v. sottoporre a tensione, lo stress e la deformazione sono concetti base della scienza e dell'ingegneria dei materiali. Ha un valore significativo nell'apprendimento delle reazioni materiali risultanti da varie forze. Simile allo stress che definisce le forze interne in un materiale, la deformazione definisce la deformità che deriva dalle forze. Le curve sforzo-deformazione che rappresentano il loro tipo di relazione sono molto utili per acquisire una comprensione generale delle caratteristiche e del comportamento dei materiali. Così, la padronanza di questi concetti da parte di ingegneri e scienziati porterà allo sviluppo di strutture e materiali più sicuri ed efficienti. Contattaci per maggiori informazioni.