Mehāniskais spriegums
Spriedze ir spēks uz laukuma vienību, kas iedarbojas uz ķermeni un izraisa tā formas maiņu.
Spriedze ir ķermeņa iekšējo spēku mērvienība starp tā daļiņām. Šie iekšējie spēki ir reakcija uz ārējiem spēkiem, kas iedarbojas uz ķermeni un izraisa tā sadalīšanos, saspiešanu vai slīdēšanu. Ārējie spēki ir virsmas spēki vai ķermeņa spēki. Spriedze ir vidējais spēks uz laukuma vienību, ko ķermeņa daļiņa pieliek blakus esošajai daļiņai pāri iedomātai virsmai, kas tās atdala.
Vienass normālsprieguma formula ir šāda:
σ = F A {\displaystyle {\sigma }={\frac {F}{A}}}} 
kur σ ir spriegums, F ir spēks un A ir virsmas laukums.
SI vienībās spēku mēra ņūtonos, bet laukumu - kvadrātmetros. Tas nozīmē, ka spriegums ir ņūtons uz kvadrātmetru jeb N/m2. Tomēr spriegumam ir sava SI vienība, ko sauc par paskālu. 1 paskāls (simbols Pa) ir vienāds ar 1 N/m2. Imperiālajās vienībās spriegumu mēra mārciņspēkā uz kvadrātcollu, ko bieži saīsina līdz "psi". Spriedzes mērvienība ir tāda pati kā spiediena mērvienība.
Nepārtrauktības mehānikā noslogots deformējams ķermenis uzvedas kā nepārtrauktība. Tātad šie iekšējie spēki nepārtraukti sadalās materiālā ķermeņa tilpumā. (Tas nozīmē, ka sprieguma sadalījumu ķermenī izsaka kā gabalveidīgi nepārtrauktu telpas un laika funkciju.) Spēki izraisa ķermeņa formas deformāciju. Ja materiāls nav pietiekami izturīgs, deformācija var novest pie pastāvīgas formas maiņas vai konstrukcijas bojājuma.
Dažos nepārtrauktās mehānikas modeļos spēks tiek uzskatīts par kaut ko, kas var mainīties. Citos modeļos tiek aplūkota matērijas un cietu ķermeņu deformācija, jo matērijas un cietu ķermeņu īpašības ir trīsdimensiju. Katra pieeja var dot atšķirīgus rezultātus. Klasiskajos nepārtrauktās mehānikas modeļos tiek pieņemts vidējais spēks, un tajos nav pienācīgi iekļauti "ģeometriskie faktori". (Ķermeņa ģeometrija var būt svarīga tam, kā sadalās spriegums un kā ārējā spēka pielikšanas laikā uzkrājas enerģija.).
1.4. attēls Slīpes spriegums prizmatiskā stienī. Spriedzes vai spēka sadalījums stieņa šķērsgriezumā ne vienmēr ir vienmērīgs. Tomēr vidējais bīdes spriegums τ a v g {\displaystyle \tau _{\mathrm {avg} }\,\! }
ir saprātīga aproksimācija.
1.3. attēls Normālspriegums prizmatiskā (taisna vienāda šķērsgriezuma taisna elementa) stienī. Spriedzes vai spēka sadalījums stieņa šķērsgriezumā ne vienmēr ir vienmērīgs. Tomēr vidējais normālspriegums σ a v g {\displaystyle \sigma _{\mathrm {avg} }\,\! }
var izmantot.
1.1. attēls Spriegums deformējamā materiālā ķermenī, kas pieņemts kā nepārtrauktība.
1.2. attēls Aksiāli noslogota prizmatiska stieņa aksiālais spriegums.
Šļauces spriegums
Papildu informācija: Šļauces spriegums
Vienkārši spriegumi
Dažās situācijās spriegumu objektā var aprakstīt ar vienu skaitli vai vienu vektoru (skaitli un virzienu). Trīs šādas vienkāršas stresa situācijas ir vienass normālais spriegums, vienkāršais bīdes spriegums un izotropais normālais spriegums.
Vienass normālais spriegums
Stiepes spriegums (vai stiepes spriegums) ir sprieguma stāvoklis, kas izraisa izplešanos; tas nozīmē, ka materiāla garumam ir tendence palielināties stiepes virzienā. Materiāla tilpums paliek nemainīgs. Ja uz ķermeni iedarbojas vienādi un pretēji spēki, tad šī spēka radīto spriegumu sauc par stiepes spriegumu.
Tāpēc vienass materiālā garums palielinās stiepes sprieguma virzienā, bet pārējos divos virzienos samazinās. Vienass stiepes veidā stiepes spriegumu rada vilkšanas spēki. Stiepes spriegums ir pretējs spiedes spriegumam.
Tieša spriegojuma konstrukcijas elementi ir troses, grunts enkuri un naglas, bultskrūves utt. Sijas, kas pakļautas lieces momentiem, var būt pakļautas gan stiepes spriegumam, gan spiedes spriegumam un/vai bīdes spriegumam.
Stiepes spriegumu var palielināt, līdz tiek sasniegta stiepes izturība, proti, sprieguma robežstāvoklis.
Spriedze viendimensiju ķermeņos
Visi reālie objekti aizņem trīsdimensiju telpu. Tomēr, ja divas dimensijas ir ļoti lielas vai ļoti mazas salīdzinājumā ar citām, objektu var modelēt kā viendimensiju. Tas vienkāršo objekta matemātisko modelēšanu. Pie viendimensiju objektiem pieder stieples gabals, kas noslogots galos un skatīts no malas, un metāla loksne, kas noslogota uz priekšējās puses un skatīta tuvumā un šķērsgriezumā.
Saistītās lapas
- Spriegums
- Liekšana
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir stress?
A: Spriedze ir spēks uz laukuma vienību, kas iedarbojas uz ķermeni un izraisa tā formas maiņu. Tas ir ķermeņa iekšējo spēku mērs starp tā daļiņām, un tas ir vidējais spēks uz laukuma vienību, ko ķermeņa daļiņa iedarbojas uz blakus esošajām daļiņām pāri iedomātai virsmai, kas tās atdala.
J: Kā ārējie spēki ietekmē spriegumu?
A: Ārējie spēki ir vai nu virsmas spēki, vai ķermeņa spēki, un tie izraisa ķermeņa formas deformāciju, kas var novest pie pastāvīgas formas maiņas vai struktūras sabrukuma, ja materiāls nav pietiekami izturīgs.
J: Kāda ir vienass normālsprieguma formula?
A: Vienass normālsprieguma formula ir σ = F/A, kur σ ir spriegums, F ir spēks un A ir virsmas laukums. SI vienībās spēku mēra ņūtonos, bet laukumu - kvadrātmetros, tātad spriegums būtu ņūtons uz kvadrātmetru (N/m2). Tomēr pastāv sava SI vienība, ko sauc par paskālu (Pa) un kas ir vienāds ar 1 N/m2. Imperiālajās vienībās to mērītu mārciņspēkā uz kvadrātcollu (psi).
J: Ko nepārtrauktības mehānika pieņem par spēku?
A: Klasiskajos nepārtrauktās mehānikas modeļos pieņem vidējo spēku un pienācīgi neiekļauj ģeometriskos faktorus, t. i., neņem vērā to, kā ģeometrija ietekmē enerģijas uzkrāšanos ārējā spēka iedarbības laikā.
J: Kā dažādi modeļi var dot atšķirīgus rezultātus, aplūkojot matērijas un cietu ķermeņu deformāciju?
A: Dažādi modeļi atšķirīgi aplūko matērijas un cietu ķermeņu deformāciju, jo matērijas un cietu ķermeņu īpašības ir trīsdimensiju - tāpēc katrā pieejā tiek ņemti vērā dažādi aspekti, kas var dot atšķirīgus rezultātus.
J: Kā nepārtrauktības mehānikā aplūko deformējamus ķermeņus ar slodzi?
A: Nepārtrauktības mehānikā deformējami ķermeņi tiek uzskatīti par nepārtrauktiem ķermeņiem - tas nozīmē, ka iekšējie spēki ir vienmērīgi sadalīti materiālā ķermeņa tilpumā, nevis koncentrēti noteiktos punktos, kā tas ir klasiskajos modeļos.
