Stress vs. Strain: Mga Pangunahing Konsepto para sa Materyal na Agham

1. Panimula

Ang stress at strain ay mga pangunahing konsepto sa agham ng materyal at inhinyeriyang mekanikal, Mahalaga ang papel na ginagampanan sa pagtukoy ng pagganap at pagkabigo ng mga materyales sa ilalim ng pag-load.

Ang mga katangiang ito ay mahalaga sa disenyo ng istruktura, pagmamanupaktura, at pagsusuri ng pagkabigo.

Ang stress ay tumutukoy sa panloob na paglaban na nabubuo ng isang materyal sa bawat yunit ng lugar kapag napapailalim sa mga panlabas na pwersa, habang sinusukat ng strain ang pagpapapangit ng materyal bilang tugon sa stress na iyon.

Ang pag-unawa sa kanilang relasyon ay tumutulong sa mga inhinyero na pumili ng mga angkop na materyales, mahulaan ang mga puntos ng pagkabigo, I-optimize ang Mga Disenyo para sa Iba't ibang Mga Application, Mula sa mga tulay at sasakyang panghimpapawid hanggang sa microelectronics.

Ang artikulong ito ay nagbibigay ng malalim na pagsusuri sa stress at strain, Tuklasin ang Kanilang Mga Kahulugan, Mga pormulasyon sa matematika, mga pamamaraan ng pagsubok, nakakaimpluwensya sa mga kadahilanan, at pang industriya na mga aplikasyon.

2. Mga Pangunahing Kaalaman sa Stress at Strain

Ano ang stress?

Stress (σ) ay ang puwersa na inilalapat sa bawat yunit ng lugar sa loob ng isang materyal. Sinusukat nito kung paano nilalabanan ng mga panloob na pwersa ang mga panlabas na naglo-load at ipinahayag sa matematika bilang:

σ = F ÷ A

saan banda:

• F ay ang inilapat na puwersa (N),
• A Ito ay ang Cross-Sectional Area (m²).

Mga Uri ng Stress

• Tensile Stress: Paghiwalayin ang materyal, Dagdagan ang haba nito (hal., Pag-unat ng isang bakal na kawad).
• Compressive Stress: Pinindot ang materyal nang magkasama, Bawasan ang haba nito (hal., Pag-compress ng isang kongkretong haligi).
• Paggupit ng Stress: Nagiging sanhi ng mga katabing layer ng materyal na dumaan sa isa't isa (hal., mga puwersa na kumikilos sa mga naka-bolt na kasukasuan).
• Torsional Stress: Mga resulta mula sa mga puwersa ng pag-ikot (hal., metalikang kuwintas inilapat sa isang umiikot na baras).

  

Ano ang Strain?

Strain (ε) Ano ang kahulugan ng pagbaba ng timbang ng isang materyal dahil sa pag-aangat ng stress. Ito ay isang walang sukat na dami na kumakatawan sa ratio ng pagbabago sa haba sa orihinal na haba:

ε = ΔL ÷ L0

saan banda:

• ΔL Pagbabago ba ang haba (m),
• L0 Ang orihinal na haba (m).

Mga Uri ng Strain

• Normal Strain: Sanhi ng tensile o compressive stress.
• Gupitin ang Strain: Mga resulta mula sa angular distortion.

3. Relasyon sa Pagitan ng Stress vs. Strain

Pag-unawa sa Relasyon sa Pagitan ng stress na stress at strain Mahalaga ito sa Materyal na Agham at Inhinyeriya.

Ang relasyong ito ay tumutulong sa paghula kung paano tutugon ang mga materyales sa mga panlabas na pwersa, Tinitiyak ang integridad ng istruktura at pagiging maaasahan sa iba't ibang mga application, mula sa mga tulay at sasakyang panghimpapawid hanggang sa mga medikal na implant at mga produktong consumer.

Batas ni Hooke: Ang nababanat na relasyon

Sa mga nababanat na rehiyon, karamihan sa mga materyales ay nagpapakita ng isang Linear na relasyon sa pagitan ng stress (σsigmaσ) at pilay (εvarepsilonε), pinamamahalaan ng Batas ni Hooke:

σ = E ⋅ ε

saan banda:

• σ= stress (Pa o N/m²)
• E = Ang modulus ni Young (modulus ng pagkalastiko, sa Pa)
• ε = pilay (walang sukat)

Nangangahulugan ito na sa loob ng isang materyal na nababanat na limitasyon, Ang stress at stress ay direktang proporsyonal.

Kapag natanggal na ang load, Bumalik ang materyal sa orihinal na hugis nito. Ang halaga ng Ang modulus ni Young Tukuyin ang kaginhawahan ng isang materyal:

• Mataas na E (hal., bakal na bakal, titan) → Matigas at hindi gaanong nababaluktot
• Mababang E (hal., goma na, mga polimer) → Kakayahang umangkop at madaling deformed

Halimbawa na lang, Maliit na suso ay may maliit na suso ~ 200 GPa, Ginagawa itong mas matigas kaysa sa aluminyo (~ 70 GPa) o goma (~ 0.01 GPa).

Nababanat kumpara sa. Plastik na pagpapapangit

Habang ang Batas ni Hooke ay nalalapat sa nababanat na rehiyon, ang mga materyales sa huli ay umabot sa isang punto ng ani kung saan nagiging depormasyon permanente na.

• Nababanat na pagpapapangit: Ang materyal ay bumalik sa orihinal na hugis nito pagkatapos alisin ang stress.
• Plastik na pagpapapangit: Ang materyal ay sumasailalim sa hindi maibabalik na mga pagbabago at hindi bumalik sa orihinal na hugis nito.

Stress-Strain Curve at Mga Pangunahing Punto

A stress-strain curve Ano ang kahulugan ng pag-uugali ng isang materyal sa ilalim ng pag-load.

1. Nababanat na Rehiyon: Mga pahinang tumuturo sa Batas ni Hooke.
2. Punto ng Ani: Ang antas ng stress kung saan nagsisimula ang pagpapapangit ng plastik.
3. Rehiyon ng Plastik: Ang pagpapapangit ay nagpapatuloy nang walang karagdagang pagtaas ng stress.
4. tunay na lakas ng paghatak (Mga UTS): Ang maximum na stress na kayang tiisin ng materyal.
5. Punto ng Bali: Ang materyal ay nasira sa ilalim ng labis na stress.

Para sa Ductile Mga Materyales (hal., aluminyo, banayad na bakal), Ang plastik na pagpapapangit ay nangyayari bago ang pagkabigo, Pagpapahintulot sa pagsipsip ng enerhiya bago masira.

Malutong na materyales (hal., salamin, Keramika) Biglang nabali na may kaunti o walang plastic deformation.

Buod ng Talahanayan: Relasyon ng Stress-Strain

Tampok	Nababanat na Rehiyon	Rehiyon ng Plastik
Kahulugan	Ang stress at stress ay proporsyonal	Nangyayari ang permanenteng pagpapapangit
Batas na Namamahala	Batas ni Hooke	Nonlinear plastic pag-uugali
Reversibility	Ganap na mababaligtad	Hindi maibabalik
Punto ng Ani?	Hindi	Oo nga
Mga Halimbawa ng Materyales	bakal na bakal (Sa loob ng nababanat na saklaw), goma na (mababang strain)	Tanso, aluminyo (Sa ilalim ng mataas na stress)

4. Mga salik na nakakaapekto sa stress at pag-uugali ng pilay

Pag-unawa sa mga salik na nakakaimpluwensya stress na stress at strain Ang pag-uugali ay mahalaga para sa pagpili ng materyal, disenyo ng disenyo, at pagsusuri sa pagganap.

Iba't ibang intrinsic at extrinsic factors ang nakakaapekto sa pagtugon ng mga materyales sa mga pwersa na inilapat, Nakakaapekto sa kanilang lakas, ductility, pagkalastiko, at pangkalahatang pag-uugali sa ilalim ng stress.

Pag-aralan natin nang malalim ang mga salik na ito.

Materyal na komposisyon at microstructure

Atomic at Molecular Structure

Ang pag-aayos ng mga atomo o molekula sa isang materyal ay tumutukoy sa mga mekanikal na katangian nito., dahil dito, ang pag-uugali nito sa ilalim ng stress.

Mga Materyal na may iba't ibang uri ng bonding (covalent, Metal, Ionic, atbp.) Ipakita ang Mga Natatanging Tugon sa Pagpapapangit.

• Mga Metal: Karaniwan ay nagpapakita ng mataas na ductility at may kakayahang makatiis ng malaking pagpapapangit ng plastik bago ang pagkabigo.
  Ang kanilang atomic na istraktura (Mga Kristal na Lattices) Pinapayagan ang mga dislokasyon na lumipat, Pinapayagan silang sumipsip ng stress at pilay nang epektibo.
• Mga polimer: Ang kanilang mga molekular na kadena ay tumutugon nang magkakaiba depende sa uri ng polimer (Mga Thermoplastics, Mga Thermoset, Mga Elastomer).
  Halimbawa na lang, Ang mga elastomer ay lubos na deformable sa ilalim ng mababang stress, Habang ang mga thermoset ay maaaring maging malutong pagkatapos na sumailalim sa mataas na temperatura o stress.
• Keramika: Ang mga ito ay karaniwang may ionic o covalent bonds, na nagbibigay ng lakas ngunit naglilimita sa paggalaw ng dislokasyon.
  Bilang isang resulta, Madaling masira ang mga keramika sa ilalim ng stress, na may maliit na plastik pagpapapangit.

Istraktura ng Butil

Ang laki at direksyon ng mga butil (mala-kristal na istraktura sa mga metal) makabuluhang epekto ng stress kumpara sa. pag-uugali ng pilay:

• Pinong butil na materyales: Karaniwang nagpapakita ng pinabuting lakas ng makunat at mas mataas na paglaban sa pagkabali dahil ang mga hangganan ng butil ay pumipigil sa paggalaw ng dislokasyon.
• Magaspang na butil na materyales: Maaaring magpakita ng mas mataas na ductility ngunit mas mababang lakas ng makunat dahil sa mas malaking distansya sa pagitan ng mga dislokasyon, Na ginagawang mas madaling kapitan ng pagkabigo sa ilalim ng stress.

Mga yugto at haluang metal

Sa mga haluang metal, Ang pagkakaroon ng iba't ibang mga yugto o ang pamamahagi ng mga yugto na ito (hal., Ferrite at Pearlite sa Bakal) Nakakaimpluwensya sa stress at pag-uugali ng pilay. Halimbawang:

• Mga haluang metal na bakal: Sa pamamagitan ng pag-iiba ng komposisyon ng haluang metal, Maaaring i-tune ng mga inhinyero ang lakas ng ani ng materyal, tigas na tigas, Upang matugunan ang mga tiyak na kinakailangan sa pagganap.

Temperatura

Ang temperatura ay gumaganap ng isang makabuluhang papel sa pagtukoy ng mekanikal na mga katangian ng mga materyales, nakakaapekto sa kanilang nababanat at plastik na plastik Pag-uugali.

• Sa mataas na temperatura, Sa pangkalahatan, ang mga metal ay nagiging mas ductile, at ang kanilang lakas ng ani ay bumababa.
  Halimbawang, aluminyo Ay mas mawalan ng timbang sa mataas na temperatura, habang ang bakal na bakal Maaaring makaranas ng pagbaba ng katigasan.
• Sa mababang temperatura, Ang mga materyales ay may posibilidad na maging mas malutong. Halimbawa na lang, carbon bakal Nagiging malutong sa temperatura na mas mababa sa -40 ° C, Na ginagawang mas madaling kapitan ng pag-crack sa ilalim ng stress.

Pagpapalawak ng Thermal

Ang mga materyales ay lumalawak kapag pinainit at nagkontrata kapag pinalamig, Nagdudulot ng panloob na stress na maaaring makaapekto sa kung paano gumaganap ang mga materyales sa ilalim ng pag-load.

Sa mga malalaking istraktura tulad ng mga tulay o pipeline, Ang pagpapalawak at pag-urong ng temperatura ay maaaring humantong sa thermal stresses.

Strain Rate (Rate ng pagpapapangit)

Ang Rate ng pilay Ano ang bilis kung saan ang isang materyal ay na-deformed sa ilalim ng stress. Ang mga materyales ay maaaring kumilos nang magkakaiba depende sa kung gaano kabilis inilapat ang stress:

• Mabagal na pagpapapangit (mababang rate ng strain): Ang mga materyales ay may mas maraming oras upang mag-deform ng plastik, at ang curve ng stress-strain ng materyal ay may posibilidad na magpakita ng mas malaking ductility.
• Mabilis na pagpapapangit (mataas na rate ng strain): Ang mga materyales ay may posibilidad na maging mas matigas at mas malakas, ngunit ang kanilang ductility ay bumababa.
  Mahalaga ito lalo na para sa mga materyales na ginagamit sa Mga Pagsubok sa Pag-crash (hal., Pagsusuri sa Pag-crash ng Sasakyan) o ballistic effects.

Halimbawa:

• Mataas na bilis ng pagbubuo ng metal (tulad ng pagkukubli o pagulong gulong), Mataas ang rate ng pag-iwas, Maaaring madagdagan ang lakas ng mga metal dahil sa pagpapatigas ng pilay Mga epekto.
  Sa kabilang banda, Sa mababang rate ng strain, Tulad ng sa mabagal na pagsubok sa pag-igting, Ang mga metal ay may mas maraming oras upang mag-deform, Na nagreresulta sa mas mataas na ductility.

Uri ng Load at Magnitude

Ang daan stress na stress Nakakaimpluwensya ito sa tugon ng materyal:

• Tensile Stress: Ang materyal ay naka-install, at ang resistensya nito sa pagpapahaba ay nasubok.
  Karaniwan itong nagreresulta sa makabuluhang pagpapapangit ng plastik sa ductile na materyales, habang ang malutong na materyales ay maaaring masira nang mas maaga.
• Compressive Stress: Ang compression ay karaniwang humahantong sa mas maikling pagpapapangit ng materyal at maaaring magresulta sa iba't ibang mga mekanismo ng pagkabigo.
  Halimbawang, Ang kongkreto ay may mataas na lakas ng compressive ngunit mahina ang pag-igting.
• Paggupit ng Stress: Ang paggupit ng stress ay nagsasangkot ng mga puwersa na kumikilos kahanay sa ibabaw ng materyal.
  Mga materyales na may mahusay na lakas ng paggupit, tulad ng ilang mga bakal, ay gumagana nang maayos sa ilalim ng paggupit ng stress, Habang ang iba ay maaaring mag-deform o mabigo nang maaga.

Ang laki ng load Gumaganap din ng papel na ginagampanan:

• Mataas na naglo-load maaaring itulak ang mga materyales sa kanilang plastik na pagpapapangit rehiyon, Nagdudulot ito ng makabuluhang pagbabago sa hugis.
• Mababang pag-load Panatilihin ang mga materyales sa loob ng nababanat na rehiyon, Kung saan maaari kang mawalan ng timbang sa pamamagitan ng pag-aayuno pagkatapos ng pagbaba ng timbang.

Mga Salik sa Kapaligiran

Ang mga kondisyon sa kapaligiran ay maaaring makabuluhang makaimpluwensya sa pag-uugali ng stress-strain ng mga materyales. Kabilang sa mga karaniwang kadahilanan sa kapaligiran:

• Kaagnasan: Ang presensya ng kahalumigmigan, mga asin, O iba pang mga kinakaing unti-unti na ahente ay maaaring mapahina ang mga materyales, Bawasan ang kanilang makunat na lakas at ductility.
  Halimbawa na lang, kalawang na Binabawasan ng bakal ang kakayahan nitong makatiis ng pag-igting at maaaring humantong sa napaaga na pagkabigo.
• Pagkapagod: Paulit-ulit na pag-ikot ng stress kumpara sa. Ang strain ay maaaring maging sanhi ng pagkasira ng materyal sa paglipas ng panahon, Kahit na ang maximum na inilapat na stress ay mas mababa sa lakas ng ani.
  Mahalaga ito sa mga application tulad ng aerospace at mga bahagi ng automotive, kung saan ang mga materyales ay sumasailalim sa cyclic loading.
• Radiation: Sa mga kapaligiran ng nukleyar, Ang radiation ay maaaring maging sanhi ng pag-aagaw sa mga metal at polimer, Bawasan ang iyong kakayahang mag-deform bago masira.

Mga Impurities at Defects

Ang pagkakaroon ng mga karumihan (tulad ng carbon sa bakal o asupre sa mga metal) o Mga depekto (tulad ng mga bitak o walang bisa) Maaari bang baguhin nang husto kung paano tumutugon ang isang materyal sa stress:

• Mga Impurities Maaari itong maging mahina sa loob ng materyal, Pag-iwas sa Stress at Humantong sa Maagang Pagkabigo.
• Mga depekto, lalo na ang mga panloob, Maaaring lumikha Mga Concentrator ng Stress na ginagawang mas madaling mabali ang mga materyales sa ilalim ng load.

Halimbawa na lang, Ang isang maliit na bitak sa isang metal na ispesimen ay maaaring kumilos bilang isang Stress Riser,

pagbabawas ng pangkalahatang lakas ng materyal at humahantong sa pagkabali sa mas mababang antas ng stress kaysa sa hinuhulaan mula sa mga unipormeng materyales.

Kasaysayan ng Paglo-load

Ang Kasaysayan ng stress at pilay Kung saan ang isang materyal ay sumailalim ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pag-uugali nito:

• Mga materyales na naisailalim cyclic na pag load (Paulit-ulit na paglo-load at pag-alis) maaaring makaranas pagkapagod at bumuo ng mga bitak na lumalaganap sa paglipas ng panahon.
• Mga materyales na sumasailalim Pre-straining o pagpapatigas ng trabaho Maaaring magpakita ng binagong mga katangian ng stress-strain, Tulad ng pagtaas ng lakas ng ani at pagbaba ng ductility.

Halimbawa: Pinagtibay na bakal nagiging mas malakas habang naiipon ang mga dislokasyon, Ginagawa itong mas lumalaban sa karagdagang pagpapapangit ngunit hindi gaanong ductile.

5. Pagsukat at Mga Pamamaraang Pang-eksperimento

Tumpak na pagsukat at pag-unawa stress na stress mga bes. strain Ang mga pag-uugali ay mahalaga sa parehong materyal na agham at mga aplikasyon ng engineering.

Ang mga katangiang ito ay tumutukoy kung paano gagampanan ang mga materyales sa ilalim ng iba't ibang mga naglo-load at sa iba't ibang mga kondisyon sa kapaligiran.

Iba't ibang mga pamamaraan at pamamaraan ng eksperimento ang binuo upang matukoy stress na stress mga bes. strain, Pinapayagan ang mga inhinyero na magdisenyo ng mas ligtas at mas mahusay na mga istraktura at produkto.

Ang seksyon na ito ay tatalakayin ang pinaka-karaniwang ginagamit na mga pamamaraan, Paano gumagana ang mga ito, at ang kahalagahan ng bawat isa sa pagtatasa ng mga mekanikal na katangian ng mga materyales.

5.1 Mga Pamamaraan sa Pagsukat ng Strain

Mga Strain Gauge

Mga gauge ng strain Ito ay isa sa mga pinaka-malawak na ginagamit na mga kasangkapan upang mawalan ng timbang. Ang isang maikling gamot ay isang manipis na pag-uugali, Electric resistive na aparato na deform kapag napapailalim sa stress.

Ang pagpapapangit na ito ay nagdudulot ng pagbabago sa paglaban ng kuryente nito, Ano ang maaaring mawalan ng timbang at mawalan ng timbang sa pamamagitan ng paggamot.

• Prinsipyo sa Paggawa: Ang mga strain gauge ay binubuo ng isang grid ng pinong metal o foil na nakakabit sa isang nababaluktot na backing.
  Kapag ang materyal na kung saan ang strain gauge ay naka-attach deforms, Ang grid ay nag-deform din, Baguhin ang paglaban nito. Ang pagbabagong ito ay proporsyonal sa pag-igting ng materyal.
• Mga Uri ng Mga Strain Gauge: Mayroong ilang mga uri, kasama na ang papel de liha, Email Address *, at Semiconductor strain gauges.
  Ang uri ng foil ay ang pinaka-karaniwan at malawakang ginagamit para sa pagsukat ng pilay sa mga aplikasyon ng engineering.
• Mga Aplikasyon: Ginagamit ang mga gauge ng strain sa pagsubok ng stress ng mga materyales, pagsubaybay sa kalusugan ng istruktura, at kahit na ang mga industriya ng aerospace at automotive para sa pagtatasa ng pagganap ng mga kritikal na bahagi.

Digital na Kaugnayan ng Imahe (DIC)

Digital na Kaugnayan ng Imahe (DIC) Ito ay isang optical na pamamaraan para sa pagsukat ng strain. Gumagamit ito ng isang pares ng mga high-resolution camera upang makuha ang mga imahe ng ibabaw ng isang materyal sa iba't ibang yugto ng pagpapapangit.

Pagkatapos ay sinusubaybayan ng dalubhasang software ang mga pagbabago sa pattern ng ibabaw upang masukat ang pilay.

• Prinsipyo sa Paggawa: Gumagana ang DIC sa pamamagitan ng paglalapat ng isang random na pattern ng batik-batik (madalas na itim at puti) sa ibabaw ng materyal.
  Habang ang materyal ay nagbabago, Ang pattern ng batik ay gumagalaw at ang software ay nag-uugnay sa mga posisyon ng mga speckles sa iba't ibang mga imahe upang makalkula ang pag-aalis at pilay.
• Mga kalamangan: Nagbibigay ang DIC ng Full-Field Strain Measurements, Ginagawa itong perpekto para sa pagsusuri ng mga kumplikadong materyales at pagpapapangit.
  Maaari rin itong magamit upang masukat ang mga strain sa 3D at hindi nangangailangan ng direktang pakikipag-ugnay sa ispesimen.
• Mga Aplikasyon: Ang pamamaraang ito ay ginagamit sa pananaliksik at pag-unlad, kabilang ang pag-aaral ng materyal na pag-uugali sa ilalim ng makunat o compressive load, pagsusuri sa pagkapagod, at mekanika ng bali.

Mga extensometer

Isang extensometer ay isang aparato na ginagamit upang masukat ang pagpapahaba o pag-urong ng isang ispesimen sa ilalim ng pagkarga.

Binubuo ito ng isang hanay ng mga sensor ng pag-aalis na nakakabit sa ispesimen ng pagsubok at sinusubaybayan ang pagbabago nito sa haba sa panahon ng pagsubok.

• Prinsipyo sa Paggawa: Sinusukat ng extensometer ang pag-aalis sa pagitan ng dalawang punto sa isang ispesimen, Karaniwan sa gitna ng haba ng gauge.
  Ang kamag-anak na pag-aalis sa pagitan ng mga puntong ito ay nagbibigay ng halaga ng strain.
• Mga Uri ng Extensometers: Kabilang dito ang Makipag-ugnay sa Mga Extensometer (na pisikal na hawakan ang ispesimen),
  hindi kontak (optikal) extensometers, at laser extensometers (na gumagamit ng laser beam upang masukat ang distansya nang hindi nakikipag-ugnay sa ispesimen).
• Mga Aplikasyon: Ang mga ekstensiyon ay malawakang ginagamit sa Pagsubok sa Tensile at Mga pagsubok sa compression, Pagbibigay ng tumpak na mga sukat ng strain.

5.2 Mga Pamamaraan sa Pagsukat ng Stress

Mga Cell ng Pag-load

Email Address * Ginagamit ang mga sensor upang masukat ang puwersa (o i-load) Inilapat sa isang ispesimen, Direktang Pagsukat ng Stress.

Ang mga aparatong ito ay nagko-convert ng mekanikal na puwersa sa isang de-koryenteng signal na maaaring masukat at maitala.

• Prinsipyo sa Paggawa: Karaniwang ginagamit ng mga selula ng pag-load Mga gauge ng strain Bilang Elemento ng Sensing.
  Kapag ang isang pag-load ay inilalapat, ang mga strain gauge deform, At ang pagpapapangit na ito ay isinalin sa isang pagbabago ng paglaban sa kuryente, Ano ang katumbas ng puwersa na inilalapat.
• Mga Uri ng Load Cell: Ang mga pangunahing uri ng mga selula ng pag-load ay kinabibilangan ng single-point load cell, Mga S-Type Load Cell, Canister Load Cells, at Mga Cell ng Pag-load ng Beam.
  Ang bawat uri ay may mga tiyak na aplikasyon depende sa mga kinakailangan sa pagsukat at pagsasaayos ng pag-load.
• Mga Aplikasyon: Ginagamit ang mga selula ng pag-load sa makunat na pagsubok machine, Pagsubok sa Presyon, at Mga Sistema ng Pagtimbang ng Industriya, Direktang pagsukat ng puwersa, Ano ang maaaring magamit upang makalkula ang stress.

Pagsukat ng Konsentrasyon ng Stress

Ang mga konsentrasyon ng stress ay nangyayari sa mga geometrical discontinuities (hal., Mga Notch, mga butas, at matalim na sulok) Kadalasan, ang mga ito ay mga lugar ng pagkabigo sa mga materyales.

Maaari itong masusukat gamit ang photoelasticity o pagsusuri ng may hangganan elemento (FEA).

• Photoelasticity: Ang pamamaraang ito ay nagsasangkot ng paglalapat ng polarized light sa mga transparent na materyales sa ilalim ng stress.
  Ipinapakita ng materyal ang mga fringes na nagpapahiwatig ng pamamahagi ng stress, Ano ang maaaring suriin upang matukoy ang mga rehiyon ng konsentrasyon ng stress.
• Pagsusuri ng May Hangganang Elemento (FEA): Ang FEA ay isang pamamaraang komputasyon na ginagamit upang gayahin ang pamamahagi ng stress sa loob ng isang materyal o istraktura sa ilalim ng pagkarga.
  Sa pamamagitan ng pagmomodelo ng materyal at paglalapat ng mga naglo-load, Maaaring pag-aralan ng mga inhinyero ang pag-uugali at tukuyin ang mga lugar na may mataas na konsentrasyon ng stress.
• Mga Aplikasyon: Mahalaga ang Stress Concentration sa Stress aerospace, automotive, at inhinyeriyang sibil Mga industriya para sa pagtiyak ng kaligtasan at tibay ng mga kritikal na sangkap.

Mohr's Circle para sa Stress Analysis

Ang Mohr's Circle ay isang grapikong pamamaraan para sa pagtukoy ng estado ng stress sa isang punto sa loob ng isang materyal, lalo na para sa dalawang-dimensional na mga sitwasyon ng stress.

Pinapayagan nito ang mga inhinyero na kalkulahin ang normal at gupitin na mga stress sa iba't ibang mga oryentasyon, Pagbibigay ng Mahalagang Kaalaman sa Tugon ng Materyal sa Mga Inilapat na Puwersa.

• Prinsipyo sa Paggawa: Ginagamit ng Mohr's Circle ang mga pangunahing diin (Maximum at minimum na stress) I-cut ang mga stress sa isang naibigay na punto upang makabuo ng isang bilog.
  Ang mga puntos sa bilog ay tumutugma sa mga stress sa iba't ibang mga eroplano sa loob ng materyal.
• Mga Aplikasyon: Ginagamit ang Mohr's Circle sa Pagsusuri ng Istruktura, Pagsubok sa Materyal, at pagsusuri ng pagkabigo, Lalo na kung ang materyal ay napapailalim sa kumplikadong mga kondisyon ng paglo-load.

5.3 Pinagsamang Stress at Strain Testing

Universal Testing Machines (Mga UTM)

A Unibersal na Makina ng Pagsubok Ito ay isang mahalagang aparato na ginagamit para sa pagsubok ng mga mekanikal na katangian ng mga materyales, kabilang ang makunat, compression, at mga pagsubok sa pagbaluktot.
Ang mga makina na ito ay sumusukat sa parehong stress na stress mga bes. strain Sa panahon ng paggamit ng puwersa.

• Prinsipyo sa Paggawa: Ang mga UTM ay nag-aaplay ng isang kinokontrol na puwersa sa isang ispesimen at sinusukat ang kaukulang pag-aalis o pagpapahaba.
  Ang data ng puwersa at pag-aalis ay ginagamit upang makalkula ang stress vs. strain, Lumikha ng isang Curve ng Stress-Strain.
• Mga Aplikasyon: Ang mga UTM ay malawakang ginagamit para sa pagsubok ng mga metal, mga polimer, mga composite, at iba pang materyales. Kritikal ang mga ito sa Mga Lab ng Pagsubok sa Materyal, kontrol sa kalidad, at R&D sa iba't ibang industriya.

Pinagsamang Mga Sukat ng Strain at Stress sa Pagsubok sa Pagkapagod

Sa pagsusuri sa pagkapagod, Ang mga materyales ay napapailalim sa cyclic loading, at parehong stress kumpara sa. Kailangang sukatin ang strain nang sabay-sabay upang maunawaan kung paano kumikilos ang materyal sa ilalim ng paulit-ulit na stress.

Umiikot na baluktot na pagkapagod machine o servo-haydroliko pagsubok machine Kadalasang ginagamit para sa layuning ito.

• Prinsipyo sa Paggawa: Ang mga makina ay nag-aaplay ng cyclic loading habang ang materyal ay sinusubaybayan para sa parehong stress (Sa pamamagitan ng Load Cells) at pilay (Sa pamamagitan ng mga extensometer o strain gauge).
  Ang nagresultang data ay mahalaga sa paghula ng pagkapagod ng buhay at mga mode ng pagkabigo ng materyal.
• Mga Aplikasyon: Mahalaga ang pagsubok sa pagkapagod sa mga industriya tulad ng automotive, aerospace, at enerhiya Upang matiyak ang pagiging maaasahan at tibay ng mga bahagi na napapailalim sa paulit-ulit na paglo-load.

6. Paghahambing ng Stress vs. Strain

Pag-unawa sa Mga Pagkakaiba at Relasyon sa Pagitan ng Stress vs. Kritikal ang pilay para sa mga inhinyero na magdisenyo ng ligtas, mahusay na, at matibay na materyales at istraktura.

Buod ng Mga Pangunahing Pagkakaiba

Aspekto	Stress	Strain
Kahulugan	Panloob na puwersa sa bawat yunit ng lugar	Materyal na pagpapapangit o pag-aalis
Mga Yunit	Mga Pascals (Pa), Mga Megapascals (MPa)	Walang sukat (ratio)
Uri ng Dami	Tensor (magnitude at direksyon)	Scalar (magnitude lamang)
Kalikasan	Sanhi ng mga panlabas na pwersa	Sanhi ng depormasyon na dulot ng stress
Materyal na Pag-uugali	Tinutukoy ang resistensya ng materyal	Sinusukat ang materyal na pagpapapangit
Nababanat / Plastik	Maaari itong maging nababanat o plastik	Maaari itong maging nababanat o plastik
Halimbawa	Puwersa sa bawat lugar sa isang metal rod	Pagpapahaba ng isang metal rod sa ilalim ng pag-igting

7. Pangwakas na Salita

Ang stress at strain ay mga pangunahing konsepto sa engineering at materyal na agham.

Ang pag-unawa sa kanilang relasyon ay tumutulong sa mga inhinyero na ma-optimize ang pagganap ng materyal, Pagbutihin ang kaligtasan, at mga istraktura ng disenyo na lumalaban sa kabiguan.

Sa mga pagsulong sa pagsubok at computational simulations, Ang mga industriya ay maaaring mapahusay ang tibay at kahusayan ng mga produkto sa iba't ibang sektor.

Sa pamamagitan ng pag-master ng pagsusuri ng stress-strain, Ang mga propesyonal ay maaaring gumawa ng matalinong mga desisyon sa pagpili ng materyal, integridad ng istruktura, at makabagong disenyo, Tinitiyak ang pangmatagalang pagiging maaasahan sa mga aplikasyon ng engineering.