1. Giới thiệu
Căng thẳng và căng thẳng là những khái niệm cơ bản trong khoa học vật liệu và kỹ thuật cơ khí, đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất và sự thất bại của vật liệu dưới tải.
Những thuộc tính này rất cần thiết trong thiết kế cấu trúc, chế tạo, và phân tích thất bại.
Căng thẳng đề cập đến sức đề kháng bên trong một vật liệu phát triển trên một đơn vị diện tích khi phải chịu các lực lượng bên ngoài, Trong khi biến dạng đo biến dạng vật liệu của bạn để đáp ứng với căng thẳng đó.
Hiểu mối quan hệ của họ giúp các kỹ sư chọn vật liệu thích hợp, dự đoán điểm thất bại, và tối ưu hóa các thiết kế cho các ứng dụng khác nhau, Từ cầu và máy bay đến vi điện tử.
Bài viết này cung cấp một phân tích chuyên sâu về căng thẳng và căng thẳng, Khám phá định nghĩa của họ, Công thức toán học, phương pháp thử nghiệm, yếu tố ảnh hưởng, và ứng dụng công nghiệp.
2. Nguyên tắc cơ bản của căng thẳng và căng thẳng
Căng thẳng là gì?
Nhấn mạnh (Một) là lực được áp dụng trên một đơn vị diện tích trong một vật liệu. Nó định lượng cách thức các lực bên trong chống lại tải trọng bên ngoài và được biểu thị bằng toán học là:
σ = f ÷ a
Ở đâu:
- F là lực được áp dụng (N),
- MỘT là khu vực cắt ngang (Mấm).
Các loại căng thẳng
- Căng thẳng kéo: Kéo vật liệu ra xa nhau, tăng chiều dài của nó (ví dụ., kéo dài một dây thép).
- Ứng suất nén: Nhấn các vật liệu lại với nhau, giảm chiều dài của nó (ví dụ., nén một cột bê tông).
- Căng thẳng cắt: Khiến các lớp vật liệu lân cận trượt qua nhau (ví dụ., Các lực hành động trên các khớp bị bắt vít).
- Căng thẳng xoắn: Kết quả từ các lực xoắn (ví dụ., Mô -men xoắn áp dụng cho trục quay).
Các loại căng thẳng
Căng thẳng là gì?
Sự căng thẳng (e) là thước đo biến dạng vật liệu do ứng dụng ứng dụng. Đó là một đại lượng không thứ nguyên đại diện cho tỷ lệ thay đổi về chiều dài so với chiều dài ban đầu:
E = ΔL ÷ l0
Ở đâu:
- ΔL là sự thay đổi về chiều dài (tôi),
- L0 là chiều dài ban đầu (tôi).
Các loại biến dạng
- Biến dạng bình thường: Gây ra bởi ứng suất kéo hoặc nén.
- Biến dạng cắt: Kết quả từ biến dạng góc.
3. Mối quan hệ giữa căng thẳng vs. Sự căng thẳng
Hiểu mối quan hệ giữa nhấn mạnh Và sự căng thẳng là nền tảng trong khoa học vật liệu và kỹ thuật.
Mối quan hệ này giúp dự đoán cách các vật liệu sẽ phản ứng với các lực lượng bên ngoài, Đảm bảo tính toàn vẹn về cấu trúc và độ tin cậy trong các ứng dụng khác nhau, Từ cầu và máy bay đến cấy ghép y tế và các sản phẩm tiêu dùng.
Luật Hooke: Mối quan hệ đàn hồi
trong vùng đàn hồi, Hầu hết các vật liệu thể hiện một mối quan hệ tuyến tính giữa căng thẳng (Sigmaas) và căng thẳng (e varepsilone), Được cai trị bởi Luật Hooke:
= E ⋅ E
Ở đâu:
- σ = căng thẳng (Pa hoặc n/m -m²)
- E = mô đun Young (mô đun đàn hồi, ở Pa)
- E = căng thẳng (không thứ nguyên)
Phương trình này có nghĩa là trong một vật liệu giới hạn đàn hồi, căng thẳng và căng thẳng tỷ lệ thuận.
Khi tải được gỡ bỏ, Vật liệu trở lại hình dạng ban đầu của nó. Giá trị của mô đun Young xác định độ cứng của vật liệu:
- Cao e (ví dụ., thép, titan) → Cứng và kém linh hoạt
- Thấp e (ví dụ., cao su, polyme) → Linh hoạt và dễ bị biến dạng
Ví dụ, Thép có một mô đun trẻ tuổi của ~ 200 GPa, làm cho nó cứng hơn nhôm (~ 70 GPA) hoặc cao su (~ 0,01 GPA).
Đàn hồi vs. Biến dạng nhựa
Trong khi luật Hooke xông áp dụng cho vùng đàn hồi, vật liệu cuối cùng đạt đến một điểm năng suất nơi biến dạng trở thành Vĩnh viễn.
- Biến dạng đàn hồi: Vật liệu trở lại hình dạng ban đầu sau khi căng thẳng được loại bỏ.
- Biến dạng nhựa: Các vật liệu trải qua những thay đổi không thể đảo ngược và không trở lại hình dạng ban đầu của nó.
Đường cong căng thẳng và các điểm chính
MỘT đường cong căng thẳng đồ họa thể hiện cách thức hoạt động của một vật liệu dưới tải.
- Vùng đàn hồi: Mối quan hệ tuyến tính theo luật Hooke từ.
- Điểm năng suất: Mức độ căng thẳng nơi biến dạng dẻo bắt đầu.
- Vùng nhựa: Biến dạng tiếp tục mà không tăng thêm căng thẳng.
- Độ bền kéo tối đa (UTS): Sự căng thẳng tối đa mà vật liệu có thể chịu được.
- Điểm gãy: Vật liệu bị phá vỡ dưới sự căng thẳng quá mức.
Vì vật liệu dễ uốn (ví dụ., nhôm, thép nhẹ), Biến dạng dẻo xảy ra trước khi thất bại, cho phép hấp thụ năng lượng trước khi phá vỡ.
Vật liệu giòn (ví dụ., thủy tinh, gốm sứ) gãy xương đột ngột với ít hoặc không có biến dạng dẻo.
Bảng tóm tắt: Mối quan hệ căng thẳng-căng thẳng
| Tính năng | Vùng đàn hồi | Vùng nhựa |
|---|---|---|
| Sự định nghĩa | Căng thẳng và căng thẳng tỷ lệ | Biến dạng vĩnh viễn xảy ra |
| Luật điều hành | Luật Hooke | Hành vi nhựa phi tuyến |
| Khả năng đảo ngược | Hoàn toàn có thể đảo ngược | Không thể đảo ngược |
| Điểm năng suất? | KHÔNG | Đúng |
| Vật liệu ví dụ | Thép (trong phạm vi đàn hồi), cao su (Cọc thấp) | đồng, nhôm (Dưới căng thẳng cao) |
4. Các yếu tố ảnh hưởng đến căng thẳng và hành vi căng thẳng
Hiểu các yếu tố ảnh hưởng nhấn mạnh Và sự căng thẳng Hành vi là rất quan trọng cho lựa chọn vật chất, thiết kế, và phân tích hiệu suất.
Các yếu tố bên trong và bên ngoài khác nhau tác động đến cách các vật liệu phản ứng với các lực lượng ứng dụng, ảnh hưởng đến sức mạnh của họ, độ dẻo, Độ đàn hồi, và hành vi tổng thể đang bị căng thẳng.
Hãy cùng khám phá những yếu tố này sâu.
Thành phần vật liệu và cấu trúc vi mô
Cấu trúc nguyên tử và phân tử
Sự sắp xếp các nguyên tử hoặc phân tử trong một vật liệu xác định các tính chất cơ học của nó và, do đó, Hành vi của nó đang bị căng thẳng.
Nguyên vật liệu với các loại liên kết khác nhau (cộng hóa trị, kim loại, ion, vân vân.) biểu hiện các phản ứng khác biệt đối với biến dạng.
- kim loại: Thông thường thể hiện độ dẻo cao và có khả năng chịu được biến dạng dẻo đáng kể trước khi thất bại.
Cấu trúc nguyên tử của chúng (Mạng tinh thể) cho phép các trật khớp di chuyển, cho phép họ hấp thụ căng thẳng và căng thẳng một cách hiệu quả. - Polyme: Chuỗi phân tử của chúng đáp ứng khác nhau tùy thuộc vào loại polymer (nhựa nhiệt dẻo, Thermossets, đàn hồi).
Ví dụ, Các chất đàn hồi có độ biến dạng cao dưới căng thẳng thấp, trong khi nhiệt có thể trở nên giòn sau khi chịu nhiệt độ cao hoặc căng thẳng. - Gốm sứ: Chúng thường có liên kết ion hoặc cộng hóa trị, cung cấp sức mạnh nhưng giới hạn chuyển động trật khớp.
Kết quả là, Gốm sứ có xu hướng gãy dễ dàng khi bị căng thẳng, với ít biến dạng dẻo.
Cấu trúc hạt
Kích thước và định hướng của ngũ cốc (cấu trúc tinh thể trong kim loại) tác động đáng kể đến căng thẳng vs. hành vi căng thẳng:
- Vật liệu hạt mịn: Thông thường cho thấy độ bền kéo được cải thiện và khả năng chống gãy cao hơn vì ranh giới hạt cản trở chuyển động trật khớp.
- Vật liệu hạt thô: Có thể cho thấy độ dẻo cao hơn nhưng độ bền kéo thấp hơn do khoảng cách lớn hơn giữa các trật khớp, làm cho họ dễ bị thất bại dưới sự căng thẳng.
Giai đoạn và hợp kim
Trong hợp kim, sự hiện diện của các giai đoạn khác nhau hoặc sự phân phối của các giai đoạn này (ví dụ., ferrite và ngọc trai bằng thép) ảnh hưởng đến căng thẳng và hành vi căng thẳng. Ví dụ:
- Hợp kim thép: Bằng cách thay đổi thành phần hợp kim, Các kỹ sư có thể điều chỉnh sức mạnh năng suất của vật liệu, sự dẻo dai, và độ cứng để đáp ứng các yêu cầu hiệu suất cụ thể.
Nhiệt độ
Nhiệt độ đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất cơ học vật liệu, ảnh hưởng đến của họ đàn hồi Và nhựa hành vi.
- Ở nhiệt độ cao, Kim loại thường trở nên dễ uốn hơn, và sức mạnh năng suất của chúng giảm.
Ví dụ, nhôm trở nên dễ uốn hơn ở nhiệt độ cao, trong khi thép Có thể giảm độ cứng. - Ở nhiệt độ thấp, vật liệu có xu hướng trở nên giòn hơn. Ví dụ, thép cacbon trở nên giòn ở nhiệt độ dưới -40 ° C, làm cho nó dễ bị nứt hơn khi bị căng thẳng.
Giãn nở nhiệt
Vật liệu mở rộng khi được làm nóng và co lại khi được làm mát, gây ra các ứng suất bên trong có thể ảnh hưởng đến cách các vật liệu thực hiện dưới tải.
Trong các cấu trúc lớn như cầu hoặc đường ống, Sự mở rộng và co lại do nhiệt độ có thể dẫn đến Ứng suất nhiệt.
Tỷ lệ căng thẳng (Tỷ lệ biến dạng)
các Tốc độ căng là tốc độ mà vật liệu bị biến dạng dưới căng thẳng. Vật liệu có thể hoạt động khác nhau tùy thuộc vào mức độ căng thẳng được áp dụng nhanh chóng:
- Biến dạng chậm (Tốc độ biến dạng thấp): Vật liệu có nhiều thời gian hơn để biến dạng về mặt nhựa, và đường cong căng thẳng căng thẳng của vật liệu có xu hướng thể hiện độ dẻo lớn hơn.
- Biến dạng nhanh (Tốc độ biến dạng cao): Vật liệu có xu hướng cứng hơn và mạnh mẽ hơn, Nhưng độ dẻo của chúng giảm.
Điều này đặc biệt quan trọng đối với các vật liệu được sử dụng trong Kiểm tra sự cố (ví dụ., Phân tích sự cố ô tô) hoặc tác động đạn đạo.
Ví dụ:
- Hình thành kim loại tốc độ cao (giống rèn hoặc lăn), Tốc độ biến dạng cao, và kim loại có thể thể hiện sức mạnh tăng lên do căng thẳng các hiệu ứng.
Ngược lại, với tỷ lệ căng thẳng thấp, chẳng hạn như trong quá trình kiểm tra căng thẳng chậm, Kim loại có nhiều thời gian hơn để biến dạng, dẫn đến độ dẻo cao hơn.
Loại tải và cường độ
Con đường nhấn mạnh được áp dụng ảnh hưởng đến phản ứng của vật liệu:
- Căng thẳng kéo: Vật liệu được kéo dài, và khả năng chống kéo dài của nó được kiểm tra.
Điều này thường dẫn đến biến dạng dẻo đáng kể trong vật liệu dễ uốn, Trong khi vật liệu giòn có thể bị gãy sớm hơn. - Ứng suất nén: Nén thường dẫn đến biến dạng vật liệu ngắn hơn và có thể dẫn đến các cơ chế thất bại khác nhau.
Ví dụ, Bê tông có cường độ nén cao nhưng căng thẳng yếu. - Căng thẳng cắt: Căng thẳng cắt liên quan đến các lực tác dụng song song với bề mặt vật liệu.
Vật liệu có độ bền cắt tốt, Giống như một số thép nhất định, sẽ hoạt động tốt khi bị căng thẳng cắt, Trong khi những người khác có thể biến dạng hoặc thất bại sớm.
Độ lớn của tải cũng đóng một vai trò:
- Tải cao có thể đẩy vật liệu vào Biến dạng nhựa vùng đất, dẫn đến những thay đổi đáng kể về hình dạng.
- Tải thấp Giữ vật liệu trong vùng đàn hồi, nơi họ có thể trở lại hình dạng ban đầu sau khi căng thẳng được loại bỏ.
Yếu tố môi trường
Điều kiện môi trường có thể ảnh hưởng đáng kể đến hành vi căng thẳng của vật liệu. Các yếu tố môi trường phổ biến bao gồm:
- Ăn mòn: Sự hiện diện của độ ẩm, muối, hoặc các tác nhân ăn mòn khác có thể làm suy yếu vật liệu, giảm độ bền kéo và độ dẻo của chúng.
Ví dụ, rỉ sét Trên thép làm giảm khả năng chịu được căng thẳng và có thể dẫn đến thất bại sớm. - Mệt mỏi: Chu kỳ lặp đi lặp lại của căng thẳng vs. căng thẳng có thể gây suy thoái vật liệu theo thời gian, Ngay cả khi ứng suất ứng dụng tối đa dưới mức sức mạnh năng suất.
Điều này rất quan trọng trong các ứng dụng như hàng không vũ trụ Và linh kiện ô tô, Trường hợp các vật liệu trải qua tải theo chu kỳ. - Bức xạ: Trong môi trường hạt nhân, Bức xạ có thể gây ra sự giòn bằng kim loại và polyme, giảm khả năng biến dạng của chúng trước khi gãy xương.
Tạp chất và khiếm khuyết
Sự hiện diện của tạp chất (như carbon trong thép hoặc lưu huỳnh trong kim loại) hoặc khiếm khuyết (chẳng hạn như vết nứt hoặc khoảng trống) có thể thay đổi đáng kể cách một vật liệu phản ứng với căng thẳng:
- tạp chất có thể đóng vai trò là điểm yếu trong vật liệu, tập trung căng thẳng và dẫn đến thất bại sớm.
- Khiếm khuyết, đặc biệt là những cái nội bộ, có thể tạo Bộ tập trung căng thẳng làm cho vật liệu dễ bị gãy hơn khi tải.
Ví dụ, Một vết nứt nhỏ trong mẫu vật kim loại có thể hoạt động như một căng thẳng riser,
Giảm sức mạnh vật liệu tổng thể và dẫn đến gãy xương ở mức độ căng thẳng thấp hơn nhiều so với dự đoán từ các vật liệu thống nhất.
Tải lịch sử
các Lịch sử căng thẳng và căng thẳng mà một tài liệu đã phải chịu một vai trò quan trọng trong hành vi của nó:
- Các tài liệu đã được tải theo chu kỳ (Tải và dỡ hàng lặp đi lặp lại) có thể trải nghiệm Mệt mỏi và phát triển vết nứt Tuyên truyền đó theo thời gian.
- Vật liệu trải qua Trước khi căng thẳng hoặc làm việc chăm chỉ có thể thể hiện các đặc điểm căng thẳng căng thẳng thay đổi, chẳng hạn như tăng sức mạnh năng suất và độ dẻo giảm.
Ví dụ: Thép cứng làm việc trở nên mạnh mẽ hơn khi các trật khớp tích lũy, làm cho nó chống lại biến dạng hơn nữa nhưng ít dễ uốn hơn.
5. Kỹ thuật đo lường và thử nghiệm
Sự đo lường và hiểu biết chính xác về nhấn mạnh vs. sự căng thẳng Hành vi rất quan trọng trong cả ứng dụng khoa học vật chất và kỹ thuật.
Các tính chất này xác định cách các vật liệu sẽ hoạt động trong các tải trọng khác nhau và trong các điều kiện môi trường khác nhau.
Các kỹ thuật và phương pháp thử nghiệm khác nhau đã được phát triển để định lượng nhấn mạnh vs. sự căng thẳng, cho phép các kỹ sư thiết kế các cấu trúc và sản phẩm hiệu quả hơn và hiệu quả hơn.
Phần này sẽ đi sâu vào các kỹ thuật được sử dụng phổ biến nhất, cách họ làm việc, và tầm quan trọng của mỗi người trong việc đánh giá các tính chất cơ học của vật liệu.
5.1 Kỹ thuật đo lường biến dạng
Đồng hồ đo căng thẳng
Đồng hồ đo căng thẳng là một trong những nhạc cụ được sử dụng rộng rãi nhất để đo căng thẳng. Một thước đo biến dạng là một loại mỏng, thiết bị điện trở có thể bị biến dạng khi bị căng thẳng.
Biến dạng này gây ra sự thay đổi điện trở của nó, có thể được đo lường và tương quan với số lượng biến dạng của vật liệu.
- Nguyên tắc làm việc: Đồng hồ đo căng thẳng bao gồm một lưới kim loại mịn hoặc giấy bạc được gắn vào mặt sau linh hoạt.
Khi vật liệu mà đồng hồ đo biến dạng bị biến dạng, các biến dạng lưới cũng vậy, thay đổi sức đề kháng của nó. Sự thay đổi này tỷ lệ thuận với biến dạng của vật liệu. - Các loại đồng hồ đo căng thẳng: Có một số loại, bao gồm lá, dây điện, Và Đồng hồ đo biến dạng bán dẫn.
Loại lá là phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi để đo biến dạng trong các ứng dụng kỹ thuật. - Ứng dụng: Đồng hồ đo căng thẳng được sử dụng trong kiểm tra ứng suất của vật liệu, Giám sát sức khỏe cấu trúc, và ngay cả các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và ô tô để đánh giá hiệu suất của các thành phần quan trọng.
Tương quan hình ảnh kỹ thuật số (Dic)
Tương quan hình ảnh kỹ thuật số (Dic) là một phương pháp quang học để đo biến dạng. Nó sử dụng một cặp camera có độ phân giải cao để chụp hình ảnh của bề mặt vật liệu ở các giai đoạn biến dạng khác nhau.
Phần mềm chuyên dụng sau đó theo dõi các thay đổi trong mô hình bề mặt để đo biến dạng.
- Nguyên tắc làm việc: DIC hoạt động bằng cách áp dụng một mẫu đốm ngẫu nhiên (Thường đen trắng) Trên bề mặt vật liệu.
Khi các biến dạng vật chất, Mẫu đốm di chuyển và phần mềm tương quan các vị trí của các đốm trong các hình ảnh khác nhau để tính toán độ dịch chuyển và biến dạng. - Thuận lợi: DIC cung cấp các phép đo biến dạng trường toàn trường, làm cho nó trở nên lý tưởng để phân tích các vật liệu phức tạp và biến dạng.
Nó cũng có thể được sử dụng để đo các chủng trong 3D và không yêu cầu tiếp xúc trực tiếp với mẫu vật. - Ứng dụng: Kỹ thuật này được sử dụng trong nghiên cứu và phát triển, bao gồm nghiên cứu hành vi vật chất dưới mức độ bền kéo hoặc nén, Thử nghiệm mệt mỏi, và cơ học gãy xương.
Máy đo độ mở rộng
MỘT máy kéo dài là một thiết bị được sử dụng để đo độ giãn dài hoặc co lại của mẫu vật dưới tải.
Nó bao gồm một tập hợp các cảm biến dịch chuyển gắn vào mẫu thử và theo dõi sự thay đổi về độ dài của nó trong quá trình thử nghiệm.
- Nguyên tắc làm việc: Máy đo độ mở rộng đo lường sự dịch chuyển giữa hai điểm trên một mẫu vật, thường ở trung tâm của chiều dài đo.
Sự dịch chuyển tương đối giữa các điểm này cung cấp giá trị biến dạng. - Các loại máy đo máy đo: Chúng bao gồm Máy đo độ mở rộng tiếp xúc (mà chạm đến mẫu vật thể chất),
không liên lạc (quang học) Máy đo độ mở rộng, Và Máy đo laser (sử dụng chùm tia laser để đo khoảng cách mà không liên hệ với mẫu vật). - Ứng dụng: Máy đo dụng cụ mở rộng được sử dụng rộng rãi trong Kiểm tra độ bền kéo Và Kiểm tra nén, cung cấp các phép đo biến dạng chính xác.
5.2 Kỹ thuật đo lường căng thẳng
Tải tế bào
Tải tế bào các cảm biến được sử dụng để đo lực (hoặc tải) áp dụng cho một mẫu vật, cung cấp một thước đo trực tiếp về căng thẳng.
Các thiết bị này chuyển đổi lực cơ học thành tín hiệu điện có thể được đo lường và ghi lại.
- Nguyên tắc làm việc: Các ô tải thường sử dụng Đồng hồ đo căng thẳng Là phần tử cảm biến.
Khi tải được áp dụng, Các đồng hồ đo biến dạng biến dạng, và biến dạng này được chuyển thành thay đổi điện trở, tương ứng với lực được áp dụng. - Các loại tế bào tải: Các loại tế bào tải chính bao gồm Các ô tải một điểm, Các ô tải loại S., Tế bào tải, Và Tế bào tải chùm.
Mỗi loại có các ứng dụng cụ thể tùy thuộc vào các yêu cầu đo lường và cấu hình tải. - Ứng dụng: Các tế bào tải được sử dụng trong máy kiểm tra độ bền kéo, Kiểm tra áp lực, Và Hệ thống cân công nghiệp, cung cấp một phép đo trực tiếp lực lượng, có thể được sử dụng để tính toán căng thẳng.
Đo nồng độ ứng suất
Nồng độ căng thẳng xảy ra tại sự gián đoạn hình học (ví dụ., rãnh, lỗ, và góc nhọn) và thường là những khu vực thất bại trong vật liệu.
Những thứ này có thể được đo lường bằng cách sử dụng Photoelasticity hoặc Phân tích phần tử hữu hạn (FEA).
- Photoelasticity: Kỹ thuật này liên quan đến việc áp dụng ánh sáng phân cực cho các vật liệu trong suốt bị căng thẳng.
Vật liệu cho thấy các rìa chỉ ra sự phân bố căng thẳng, có thể được phân tích để phát hiện các vùng tập trung căng thẳng. - Phân tích phần tử hữu hạn (FEA): FEA là một phương pháp tính toán được sử dụng để mô phỏng phân phối ứng suất trong một vật liệu hoặc cấu trúc dưới tải.
Bằng cách mô hình hóa vật liệu và áp dụng tải, Các kỹ sư có thể phân tích hành vi và xác định các khu vực có nồng độ căng thẳng cao. - Ứng dụng: Các phép đo tập trung căng thẳng là rất quan trọng trong hàng không vũ trụ, ô tô, Và kỹ thuật dân dụng Các ngành công nghiệp đảm bảo sự an toàn và độ bền của các thành phần quan trọng.
Vòng tròn Mohr sườn để phân tích căng thẳng
Vòng tròn Mohr sườn là một phương pháp đồ họa để xác định trạng thái ứng suất tại một điểm trong một vật liệu, đặc biệt là đối với các tình huống căng thẳng hai chiều.
Nó cho phép các kỹ sư tính toán ứng suất bình thường và cắt theo các định hướng khác nhau, cung cấp cái nhìn sâu sắc có giá trị về phản ứng của tài liệu cho các lực lượng ứng dụng.
- Nguyên tắc làm việc: Vòng tròn Mohr từ sử dụng các ứng suất chính (ứng suất tối đa và tối thiểu) và ứng suất cắt tại một điểm nhất định để tạo ra một vòng tròn.
Các điểm trên vòng tròn tương ứng với các ứng suất trên các mặt phẳng khác nhau trong vật liệu. - Ứng dụng: Vòng tròn Mohr sườn được sử dụng trong phân tích cấu trúc, Thử nghiệm vật chất, và phân tích thất bại, đặc biệt khi vật liệu phải chịu các điều kiện tải phức tạp.
5.3 Kết hợp căng thẳng và kiểm tra căng thẳng
Máy thử nghiệm phổ quát (UTM)
MỘT Máy kiểm tra phổ quát là một thiết bị thiết yếu được sử dụng để kiểm tra tính chất cơ học của vật liệu, bao gồm cả độ bền kéo, nén, và kiểm tra uốn.
Những máy này đo cả hai nhấn mạnh vs. sự căng thẳng Trong quá trình áp dụng vũ lực.
- Nguyên tắc làm việc: UTM áp dụng một lực được kiểm soát vào mẫu vật và đo độ dịch chuyển hoặc độ giãn dài tương ứng.
Dữ liệu lực và dịch chuyển sau đó được sử dụng để tính toán căng thẳng so với. sự căng thẳng, tạo ra một đường cong căng thẳng căng thẳng. - Ứng dụng: UTM được sử dụng rộng rãi để thử nghiệm kim loại, polyme, vật liệu tổng hợp, và các vật liệu khác. Họ rất quan trọng trong Phòng thí nghiệm thử nghiệm vật liệu, kiểm soát chất lượng, Và R&D trong các ngành công nghiệp khác nhau.
Các phép đo căng thẳng và căng thẳng kết hợp trong thử nghiệm mệt mỏi
TRONG Thử nghiệm mệt mỏi, vật liệu phải chịu tải theo chu kỳ, và cả căng thẳng vs. Chủng cần phải được đo đồng thời để hiểu cách vật liệu hoạt động dưới căng thẳng lặp đi lặp lại.
Xoay uốn cong máy mỏi hoặc Máy kiểm tra servo-hydraulic thường được sử dụng cho mục đích này.
- Nguyên tắc làm việc: Các máy áp dụng tải theo chu kỳ trong khi vật liệu được theo dõi cho cả hai ứng suất (thông qua các ô tải) và căng thẳng (thông qua máy đo máy đo hoặc đồng hồ đo căng thẳng).
Dữ liệu kết quả là rất quan trọng trong việc dự đoán các chế độ thất bại và cuộc sống mệt mỏi của vật liệu. - Ứng dụng: Kiểm tra mệt mỏi là rất quan trọng trong các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không vũ trụ, Và năng lượng Để đảm bảo độ tin cậy và độ bền của các thành phần chịu tải lặp lại.
6. So sánh căng thẳng vs. Sự căng thẳng
Hiểu được sự khác biệt và mối quan hệ giữa căng thẳng so với. Căng thẳng là rất quan trọng đối với các kỹ sư để thiết kế an toàn, có hiệu quả, và các vật liệu và cấu trúc bền.
Tóm tắt sự khác biệt chính
| Diện mạo | Nhấn mạnh | Sự căng thẳng |
|---|---|---|
| Sự định nghĩa | Lực lượng nội bộ trên mỗi đơn vị diện tích | Biến dạng vật chất hoặc dịch chuyển |
| Đơn vị | Pascals (PA), Megapascals (MPa) | Không thứ nguyên (tỷ lệ) |
| Loại số lượng | Tenxơ (Độ lớn và hướng) | Vô hướng (Chỉ có cường độ) |
| Thiên nhiên | Gây ra bởi các lực lượng bên ngoài | Gây ra bởi biến dạng do căng thẳng gây ra |
| Hành vi vật chất | Xác định điện trở vật chất | Biện pháp biến dạng vật liệu |
| Đàn hồi/nhựa | Có thể đàn hồi hoặc nhựa | Có thể đàn hồi hoặc nhựa |
| Ví dụ | Lực trên mỗi khu vực trong một thanh kim loại | Độ giãn dài của một thanh kim loại dưới sức căng |
7. Phần kết luận
Căng thẳng và căng thẳng là những khái niệm cơ bản trong kỹ thuật và khoa học vật liệu.
Hiểu mối quan hệ của họ giúp các kỹ sư tối ưu hóa hiệu suất vật chất, Cải thiện an toàn, và các cấu trúc thiết kế chống lại sự thất bại.
Với những tiến bộ trong thử nghiệm và mô phỏng tính toán, Các ngành công nghiệp có thể tăng cường độ bền và hiệu quả của các sản phẩm trên các lĩnh vực khác nhau.
Bằng cách làm chủ phân tích căng thẳng căng thẳng, Các chuyên gia có thể đưa ra quyết định sáng suốt trong lựa chọn vật chất, tính toàn vẹn cấu trúc, và thiết kế sáng tạo, Đảm bảo độ tin cậy lâu dài trong các ứng dụng kỹ thuật.
