Stres (mekanik)

Stres, bir cisim üzerinde birim alan başına düşen ve cismin şekil değiştirmesine neden olan kuvvettir.

Stres, bir cismin parçacıkları arasındaki iç kuvvetlerin bir ölçüsüdür. Bu iç kuvvetler, cisme uygulanan ve cismin ayrılmasına, sıkışmasına veya kaymasına neden olan dış kuvvetlere karşı bir tepkidir. Dış kuvvetler ya yüzey kuvvetleri ya da cisim kuvvetleridir. Stres, bir cismin bir parçacığının bitişik bir parçacık üzerinde, onları ayıran hayali bir yüzey boyunca uyguladığı birim alan başına ortalama kuvvettir.

Tek eksenli normal gerilme için formül şöyledir:

σ = F A {\displaystyle {\sigma }={\frac {F}{A}} ${\sigma }={\frac {F}{A}}$

Burada σ gerilme, F kuvvet ve A yüzey alanıdır.

SI birimlerinde kuvvet newton cinsinden, alan ise metrekare cinsinden ölçülür. Bu, stresin metrekare başına newton veya N/m olduğu anlamına gelir² . Bununla birlikte, stresin paskal adı verilen kendi SI birimi vardır. 1 paskal (sembol Pa) 1 N/m'ye eşittir² . İmparatorluk birimlerinde stres, genellikle "psi" olarak kısaltılan inç kare başına pound-kuvvet cinsinden ölçülür. Gerilmenin boyutu basıncınkiyle aynıdır.

Süreklilik mekaniğinde, yüklenen deforme olabilen cisim bir süreklilik gibi davranır. Dolayısıyla, bu iç kuvvetler maddi gövdenin hacmi içinde sürekli olarak dağıtılır. (Bu, cisimdeki gerilme dağılımının uzay ve zamanın parçalı sürekli bir fonksiyonu olarak ifade edildiği anlamına gelir). Kuvvetler cismin şeklinin deforme olmasına neden olur. Malzeme yeterince güçlü değilse, deformasyon kalıcı bir şekil değişikliğine veya yapısal arızaya yol açabilir.

Bazı süreklilik mekaniği modelleri kuvveti değişebilen bir şey olarak ele alır. Diğer modeller madde ve katı cisimlerin deformasyonuna bakar, çünkü madde ve katıların özellikleri üç boyutludur. Her yaklaşım farklı sonuçlar verebilir. Klasik süreklilik mekaniği modelleri ortalama bir kuvvet varsayar ve "geometrik faktörleri" düzgün bir şekilde içermez. (Vücudun geometrisi, stresin nasıl paylaşıldığı ve dış kuvvetin uygulanması sırasında enerjinin nasıl oluştuğu açısından önemli olabilir).

Şekil 1.1 Süreklilik olarak varsayılan yüklenmiş deforme olabilen bir malzeme gövdesindeki gerilme.

Şekil 1.2 Eksenel olarak yüklenmiş prizmatik bir çubuktaki eksenel gerilme.

Şekil 1.3 Prizmatik (düzgün kesit alanına sahip düz eleman) bir çubuktaki normal gerilme. Çubuğun enine kesitindeki gerilme veya kuvvet dağılımının tekdüze olması gerekmez. Bununla birlikte, ortalama normal gerilme σ a v g {\displaystyle \sigma _{\mathrm {avg} }\,\! } $\sigma _{\mathrm {avg} }\,\!$ kullanılabilir.

Şekil 1.4 Prizmatik bir çubuktaki kayma gerilmesi. Çubuğun enine kesitindeki gerilme veya kuvvet dağılımının tekdüze olması gerekmez. Bununla birlikte, ortalama bir kayma gerilmesi τ a v g {\displaystyle \tau _{\mathrm {avg} }\,\! } $\tau _{\mathrm {avg} }\,\!$ makul bir yaklaşımdır.

Kayma gerilimi

Daha fazla bilgi için: Kayma gerilimi

Basit stresler

Bazı durumlarda, bir nesne içindeki stres tek bir sayı veya tek bir vektör (bir sayı ve bir yön) ile tanımlanabilir. Bu tür üç basit gerilme durumu tek eksenli normal gerilme, basit kayma gerilmesi ve izotropik normal gerilmedir.

Tek eksenli normal gerilme

Çekme gerilmesi (veya gerilme), genleşmeye yol açan gerilme durumudur; yani, bir malzemenin uzunluğu çekme yönünde artma eğilimindedir. Malzemenin hacmi sabit kalır. Bir cisim üzerine eşit ve zıt kuvvetler uygulandığında, bu kuvvetin neden olduğu gerilime çekme gerilimi denir.

Bu nedenle tek eksenli bir malzemede çekme gerilmesi yönünde uzunluk artarken diğer iki yönde boyut azalacaktır. Tek eksenli gerilme tarzında, çekme gerilmesi çekme kuvvetleri tarafından indüklenir. Çekme gerilmesi, basma gerilmesinin22279 tersidir.

Doğrudan gerilim altındaki yapısal elemanlar halatlar, toprak ankrajları ve çiviler, cıvatalar vb. Eğilme momentlerine maruz kalan kirişler çekme gerilmesinin yanı sıra basınç gerilmesi ve/veya kesme gerilmesi de içerebilir.

Çekme gerilmesi, çekme mukavemetine, yani gerilme sınır durumuna ulaşana kadar artırılabilir.

Tek boyutlu cisimlerde gerilme

Tüm gerçek nesneler üç boyutlu uzayda yer alır. Ancak, iki boyut diğerlerine kıyasla çok büyük veya çok küçükse, nesne tek boyutlu olarak modellenebilir. Bu, nesnenin matematiksel modellemesini basitleştirir. Tek boyutlu nesneler, uçlarından yüklenmiş ve yandan bakıldığında bir tel parçasını ve yüzüne yüklenmiş ve yakından ve kesitten bakıldığında bir metal levhayı içerir.

İlgili sayfalar

Gerginlik
Bükme

Sorular ve Yanıtlar

S: Stres nedir?

C: Stres, bir cisim üzerinde birim alan başına düşen ve cismin şekil değiştirmesine neden olan kuvvettir. Bir cismin parçacıkları arasındaki iç kuvvetlerin bir ölçüsüdür ve bir cismin bir parçacığının, onları ayıran hayali bir yüzey boyunca bitişik bir parçacık üzerine uyguladığı birim alan başına ortalama kuvvettir.

S: Dış kuvvetler stresi nasıl etkiler?

C: Dış kuvvetler ya yüzey kuvvetleri ya da cisim kuvvetleridir ve cismin şeklinin deforme olmasına neden olurlar, bu da malzemenin yeterince güçlü olmaması durumunda kalıcı şekil değişikliğine veya yapısal arızaya yol açabilir.

S: Tek eksenli normal gerilme için formül nedir?

C: Tek eksenli normal gerilme formülü σ = F/A'dır; burada σ gerilme, F kuvvet ve A yüzey alanıdır. SI birimlerinde kuvvet newton cinsinden ve alan metrekare cinsinden ölçülür, yani stres metrekare başına newton (N/m2) olacaktır. Ancak, stres için 1 N/m2'ye eşit olan paskal (Pa) adı verilen kendi SI birimi vardır. İmparatorluk birimlerinde, inç kare başına pound-kuvvet (psi) olarak ölçülür.

S: Süreklilik mekaniği kuvvet hakkında ne varsayar?

C: Klasik süreklilik mekaniği modelleri ortalama bir kuvvet varsayar ve geometrik faktörleri düzgün bir şekilde içermez - yani geometrinin dış kuvvetin uygulanması sırasında enerjinin nasıl oluştuğunu nasıl etkilediğini hesaba katmazlar.

S: Maddenin ve katı cisimlerin deformasyonuna bakarken farklı modeller nasıl farklı sonuçlar verebilir?

C: Farklı modeller madde ve katı cisimlerin deformasyonuna farklı şekilde bakar çünkü madde ve katıların özellikleri üç boyutludur - bu nedenle her yaklaşım farklı yönleri dikkate alır ve bu da farklı sonuçlara yol açabilir.

S: Süreklilik mekaniği yüklenmiş deforme olabilen cisimleri nasıl ele alır?

C: Süreklilik mekaniği yüklenmiş deforme olabilen cisimleri süreklilik olarak ele alır - yani iç kuvvetler klasik modellerde olduğu gibi belirli noktalarda yoğunlaşmak yerine maddi cismin hacmi içinde sürekli olarak dağıtılır.