Stres i napięcie to dwie różne rzeczy, ale jedna zależy od drugiej. W tym artykule omówiono odkształcenie ścinające a naprężenie ścinające.
Odkształcenia powstają w wyniku naprężeń na materiale. Naprężenie to siła doświadczana przez materiał na jednostkę powierzchni. W tym artykule omówiono wykres naprężenia w funkcji odkształcenia, wzór naprężenia, wzór odkształcenia i inne ważne pojęcia związane z nim.
Co to stres?
Napięcia to wielkość obciążenia materiału na jednostkę powierzchni przekroju. Aby znaleźć wielkość naprężenia, potrzebujemy wielkości siły i pola przekroju materiału, na który przykładane jest naprężenie.
Naprężenie jest wielu typów – naprężenie normalne, naprężenie ścinające i naprężenie objętościowe. O rodzajach naprężeń omówimy w dalszej części artykułu.
Rodzaje naprężeń w inżynierii
Podczas rozwiązywania problemów inżynierskich występują różne rodzaje naprężeń. Naprężenia te są podane poniżej:
- Normalny stres– Normalna oznacza prostopadła do płaszczyzny przekroju. Siła normalna jest dwojakiego rodzaju: ściskająca i rozciągająca. W naprężeniu rozciągającym siła próbuje wyciągnąć końce materiału z przeciwległych końców, a przy naprężeniu ściskającym siła próbuje wepchnąć końce przedmiotu obrabianego do wewnątrz.
- Naprężenie ścinające- Naprężenie przyłożone/indukowane w materiale, gdy siła działa równolegle do płaszczyzny przekroju. Ten rodzaj naprężenia powoduje naprężenie kątowe.
- Naprężenie wolumetryczne– Kiedy naprężenie jest wywierane ze wszystkich trzech stron przedmiotu obrabianego, przedmiot obrabiany podlega naprężeniu objętościowemu, czyli naprężeniu ze wszystkich trzech kierunków.
Co to jest napięcie?
Odkształcenie to stosunek zmiany długości do pierwotnej długości przedmiotu obrabianego. Zmiana długości następuje w wyniku naprężenia przyłożonego do przedmiotu obrabianego.
Odkształcenie pokazuje wielkość zmiany wymiarów materiału w procentach. Matematycznie odkształcenie można podać jako:
gdzie,
epsilon to szczep
l to oryginalna długość obrabianego przedmiotu!
Odkształcenie przy ścinaniu a naprężenie ścinające
Różnica między odkształceniem ścinającym a naprężeniem ścinającym jest podana poniżej:
| Odkształcenie przy ścinaniu | Naprężenie ścinające |
| Jest to stosunek odkształcenia przedmiotu obrabianego do pierwotnej długości przedmiotu obrabianego. | Jest to wielkość siły ścinającej działającej na jednostkę powierzchni przekroju przedmiotu obrabianego. |
| Jest to ilość bezwymiarowa. | Jego wymiary są takie same jak ciśnienie (N/m2) |
| Zależy to od wielkości przyłożonego naprężenia ścinającego. | Jest niezależny od obciążenia. |
Rodzaje odkształceń w inżynierii
Różne rodzaje odkształceń występujące w problemach inżynierskich wynikają głównie z rodzaju naprężenia przykładanego do przedmiotu obrabianego.
Różne rodzaje szczepów są następujące:
Odkształcenie normalne
Gdy zmiana wymiarów wynika z zastosowania naprężenia normalnego, powstałe odkształcenie nazywane jest odkształceniem normalnym. Odkształcenie to jest mierzone jako zmiana wymiarów liniowych materiału do wymiaru pierwotnego.
Odkształcenie przy ścinaniu
Gdy zmiana wymiarów wynika z zastosowania naprężenia ścinającego, powstałe odkształcenie nazywa się odkształceniem ścinającym. Odkształcenie to jest mierzone w postaci przemieszczenia kątowego materiału.
Odkształcenie wolumetryczne
Gdy zmiana wymiarów wynika z zastosowania naprężenia wolumetrycznego (czyli naprężeń ze wszystkich trzech kierunków), to powstałe odkształcenie nazywamy odkształceniem wolumetrycznym. Odkształcenie to jest mierzone w postaci zmiany objętości materiału do pierwotnej objętości materiału.
Wykres naprężenia ścinającego w funkcji odkształcenia ścinającego
Wykres przedstawiający zależność między naprężeniem ścinającym a odkształceniem ścinającym nazywany jest krzywą naprężenie ścinające-odkształcenie ścinające lub wykres naprężenie ścinające w funkcji odkształcenia ścinającego.
Wykres pokazano poniżej-
Kredytów obrazka: Nikoguaro, Ciągliwe odkształcenie naprężeniowe, CC BY 4.0
Tutaj możemy zobaczyć różne regiony, w których krzywa zmienia swoje nachylenie.
- Region 1 (do granicy plastyczności)– To region jest granicą proporcjonalności materiału. W tym obszarze odkształcenie ścinające jest wprost proporcjonalne do przyłożonego naprężenia ścinającego.
- Region 2 (do maksymalnej siły)-Ten region określa ostateczne naprężenie materiału. Jest to maksymalne naprężenie, jakie materiał może wytrzymać bez pękania.
- Region 3 (do złamania)– Ten obszar określa punkt pęknięcia materiału. Tutaj materiał się psuje.
Naprężenie ścinające a krzywa odkształcenia ścinającego dla stali miękkiej
Stal miękka jest materiałem ciągliwym. ten naprężenie ścinające a odkształcenie ścinające wykres dla materiałów ciągliwych pokazano w powyższym rozdziale.
- Górna granica plastyczności– Pokazuje granicę proporcjonalności materiału. Odkształcenie ścinające jest wprost proporcjonalne do zastosowanego naprężenia ścinającego.
- Niższa granica plastyczności-Ten punkt pokazuje granicę elastyczności materiału. Materiał nie odzyska swojego pierwotnego kształtu, jeśli naprężenie zostanie przyłożone poza ten limit.
- Utwardzanie odkształceniowe-Powyżej tego punktu materiał wykazuje zachowanie plastyczne, które nawet przy niewielkim wzroście naprężenia powoduje drastyczne zwiększenie odkształcenia.
- Złamanie-Jest to punkt pęknięcia materiału. W tym momencie materiał się rozpada.
Naprężenie ścinające i odkształcenie ścinające w płynie
Wszystko, co ma tendencję do płynięcia, nazywane jest płynem. Płyny przepływają warstwami. Najwyższa warstwa jest najszybsza, a najniższa warstwa, która jest najwolniejsza przy powierzchni.
Naprężenie ścinające w płynie jest podane przez:
gdzie tau to naprężenie ścinające, którego doświadcza płyn.
u jest prędkością płynu
x to odległość między warstwą płynu a powierzchnią
Szybkość odkształcenia ścinającego w płynie jest wyrażona przez:
Gdzie, phi jest współczynnikiem odkształcenia ścinającego
v jest prędkością płynu w płaszczyźnie Y
u jest prędkością płynu w płaszczyźnie X
Jak powiązać naprężenie ścinające i odkształcenie ścinające?
Odkształcenie ścinające i naprężenie ścinające są ze sobą powiązane. Odkształcenie ścinające jest wynikiem przyłożenia naprężenia ścinającego do przedmiotu obrabianego.
Matematycznie, oba powiązane równaniem podanym poniżej:
gdzie,
G jest modułem ścinania sztywności
Tau jest naprężenie ścinające
Phi to odkształcenie ścinające
Zastosowania naprężenia ścinającego
Naprężenie ścinające jest używane w wielu różnych zastosowaniach. W codziennym życiu można go zobaczyć prawie wszędzie.
Zastosowania naprężenia ścinającego podano poniżej:
- Służy do wyszukiwania naprężeń skrętnych.
- Służy do znajdowania moment zginający w prętach cylindrycznych.
- Przemysł malarski.
- Aplikacja kremów, maści itp.
- Stosowany w śrubach, które są używane jako łączniki.
Co to jest moduł sztywności
Moduł sztywności to stosunek naprężenia ścinającego do odkształcenia ścinającego. Pokazuje wytrzymałość materiału na siły ścinające.
Jest to ilość bezwymiarowa. Wzór na moduł sztywności podano w powyższych rozdziałach.
