材料科学と工学では、剛体が伸びたり、ねじれたり、縮んだりしたときの挙動について、常に理解しようとしています。加えられた力と変形の間の関係を確立することにより、剛体の動作を理解するために努力しています。したがって、物質の機械的特性を理解するには、まず応力と応力の種類を理解する必要があります.
応力は、単位面積あたりの内部復元力として定義されます。例を挙げてみましょう。ゴムワイヤーに力を加えると伸びます。しばらくして力を抜くと、ゴムは元の形と大きさに戻ります。ここで問題は、ゴムを元の位置に戻す原因となる力は何ですか?次のように説明できます。外力を加えると、内力が発生します。この復元力の大きさは、ワイヤの伸びが大きくなるにつれて大きくなります。外力を取り除くと、ゴム線はその復元力で元の形と大きさに戻ります。つまりストレスとは、体内で働く単位面積あたりの復元力です。
ストレスの式
前述したように、応力は単位面積あたりの力を復元するため、数学的には、
ストレス =FA
ここで、
Fは復元力です
A は F が垂直な表面積です
ストレスに関するいくつかの重要なポイント
- 応力はテンソル量です
- 応力の単位は Nm-2
- ディメンション [M1L-1T-2]
応力の単位
SI 単位では、応力の単位は Nm-2 またはパスカルです。ただし、この応力の単位は最小であるため、エンジニアリング アプリケーションでは、より大きな単位が使用されます。それらは MPa と GPa-
1MPa=106Pa=1N/mm2
1GPa=1000MPa=1KN/mm2
ストレスの種類
国境の意味で、さまざまなタイプのストレスは次のように分類できます-
単純ストレスまたは直接ストレス
- 単純応力または直接応力は、直接荷重によって生じる応力として定義できます。
- 例:ロッドで重量物を吊るす場合。質量の重さにより、ロッドに力がかかり、ロッドに応力が発生しました。
- これには、引張、圧縮、せん断応力が含まれます。
間接ストレス
- ボディに荷重がかかり、ボディが変形すると、変形応力が発生します。この種のストレスは間接ストレスと呼ばれます。
- 曲げを含む間接応力
これらのストレスをより詳細に理解しましょう。
- 引張りおよび圧縮応力:引張りまたは圧縮応力は、単位面積あたり垂直に加えられます。引張応力は引張力に対して定義され、圧縮応力は圧縮力に対して定義されます。
応力 =FA
ここで、F は領域 A に垂直な力の大きさです。 - せん断応力:せん断応力も単位面積あたりの力ですが、ここでは力のベクトルは表面に対して垂直ではありません。力のベクトルは、領域の平面上にあります。別の方法として、力を特定の表面積の接線方向として定義することもできます。
せん断応力 =FA
ここで、F は、面積 A を持つ表面の接線方向に作用する力の大きさです。 - 体積応力:物体の総体積に力を加えると、体積応力と呼ばれます。例を挙げてみましょう。物体が水中に沈むと、静水圧が表面全体に作用しますが、これも一種の圧力です。したがって、この単位面積あたりの圧力は体積応力と呼ばれます。
- 曲げ応力:物体の軸に対して垂直に荷重が加えられた場合、または軸を通る平面に作用するいくつかの力によって、曲げが生じます。曲げによって生じる応力を曲げ応力と呼びます。
ストレスの問題
問題 1
各断面に与えられた図の力が示されています。断面の表面積は、ABの面積=CDの面積=2mm2、EFの面積=GHの面積=1mm2のようなものです。次に、表面 AB、GH、EF、および CD の応力を見つけます。
解決策:
- 左側から分析を開始すると、 AB の左側の正味の力 =50-10=40N
したがって、AB=40N の両側の総荷重 (正の符号は引張力を意味します)
AB=2mm2の表面積
したがって、AB の応力 =402N/mm2=20MPa
- 同様に、GH の右側の正味の力 =60N
ロッドは平衡状態にあるため、表面の両側にかかる総力は GH=60N
と言えます。表面積 GH=1mm2
したがって、GH にかかる応力 =601N/mm2=60 MPa
- CD=60N の右側の力
CDの表面積=2mm2
したがって、CD の応力 =602N/mm2=30MPa
- 表面 EF と同様の方法で、50N の力を計算できます
表面積 EF=1mm2
したがって、EF の応力 =501N/mm2=50 MPa
問題 2
風船には内圧3Paの空気が入っています。風船の直径は4cmです。次に、体積応力を見つけます。
解決策:
バルーンは平衡状態にあるため、その体積は一定であり、表面の両側にかかる力の合計は同じです。したがって、圧力はここでは体積応力に等しくなります。
したがって、体積応力 =3Pa
結論
材料工学と科学における応力のさまざまな研究と応用があります。物体にかかる応力の情報により、物体に発生する伸びを計算できます。材料の応力が増加すると、さまざまな制限によって記述されるさまざまな変化が、応力-ひずみ図に基づいて説明できます。フックの法則を使用して、応力情報から弾性定数を導き出すことができます。
この研究資料では、ストレス、ストレスの種類について説明し、ストレスに関連するいくつかの質問を解決しました。
