Объяснение растягивающего напряжения:определение, формула, единицы измерения и практические примеры

Растягивающее напряжение является важной концепцией для понимания прочности материалов и их способности выдерживать нагрузки в реальном мире. Это отношение силы растяжения к площади поперечного сечения материала. В этой статье будет обсуждаться определение растягивающего напряжения, формула и единицы измерения при расчете.

Что такое растягивающее напряжение?

Растягивающее напряжение — это отношение силы растяжения, действующей на материал, к площади поперечного сечения этого материала. Это сила на единицу площади, которая приводит объект в напряжение. Растягивающее напряжение измеряется в ходе стандартизированных испытаний материалов для определения прочности на растяжение — максимального напряжения, которое материал может выдержать перед разрушением. Это ключевой параметр при выборе материалов, который возникает, когда на материал действует растягивающая сила или, другими словами, когда объект находится под «напряжением».

Когда возникает растягивающее напряжение?

Растягивающее напряжение возникает, когда на материал действует растягивающая сила или, другими словами, когда объект находится под напряжением.

Что можно рассчитать при действии на материал растягивающего напряжения?

Когда на материал действует растягивающее напряжение, в результате можно рассчитать ряд важных свойств, в том числе:

1. Модуль устойчивости

Модуль упругости — это количество энергии, упруго запасенной в материале на единицу объема. Упругость рассчитывается как площадь под кривой зависимости растяжения от деформации до достижения предела упругости (до того, как материал начнет пластически деформироваться). Упругость указывает на энергию, запасенную в материале, находящемся под напряжением, поскольку энергию можно рассчитать как произведение силы (напряжения) и расстояния (деформации). Модуль упругости указан конкретно на единицу объема.

2. Модуль упругости

Модуль упругости, также называемый модулем упругости или модулем Юнга, можно рассчитать, приложив к материалу растягивающее напряжение. Модуль упругости – это соотношение между растягивающим напряжением и продольной деформацией (растяжением). Он рассчитывается как градиент кривой растягивающих напряжений в упругом сечении. Модуль упругости определяет, какую деформацию испытает материал при воздействии определенного растягивающего напряжения.

3. Напряжение разрушения

Напряжение разрушения – это растягивающее напряжение, при котором материал разрушается (разрушается). При испытании на растяжение напряжение разрушения — это напряжение, зафиксированное в конце испытания, когда происходит разрыв. Для пластичных материалов напряжение при разрушении будет ниже, чем предельное растягивающее напряжение, поскольку в образце материала возникает образование шейки.

4. Предельное растягивающее напряжение

Предельное растягивающее напряжение – это максимальное растягивающее напряжение, которое материал способен выдержать до разрушения. При испытаниях (по закону Гука) напряжение пропорционально деформации (растяжению) материала в области упругого деформирования. По мере увеличения деформации материал начинает пластически (необратимо) деформироваться. Максимальное растягивающее напряжение возникнет в материале в точке пластической деформации — это предельное растягивающее напряжение. По мере того как деформация превышает эту точку, растягивающее напряжение падает до разрушения.

Формула растягивающего напряжения

Формула растягивающего напряжения представляет собой просто силу, действующую на площадь, и записывается как:

σ =F/A

Растягивающее напряжение — это отношение силы растяжения, приложенной к площади поперечного сечения материала, испытывающего растяжение.

Какова единица растягивающего напряжения?

Единицей растягивающего напряжения является паскаль (Па). Это сила над площадью, подобная давлению; таким образом, растягивающее напряжение разделяет единицы измерения с давлением. Поэтому единицы измерения также можно указывать в Н/м2 или в фунтах на квадратный дюйм. Из-за величины предела прочности обычных материалов наиболее часто используемой единицей измерения является МПа (1 x 106 Па).

Что такое символ растягивающего напряжения?

Символом растягивающего напряжения является греческая строчная буква сигма σ.

Как рассчитать растягивающее напряжение?

Чтобы рассчитать растягивающее напряжение, сначала начните с формулы:

σ =F/A

Растягивающее напряжение рассчитывается как приложенная растягивающая сила, деленная на площадь поперечного сечения. Вторым шагом является определение силы, действующей на материал, в ньютонах или фунтах-силах. Третий шаг — вычислить площадь поперечного сечения, на которую действует сила. В частности, это область, перпендикулярная направлению растягивающего напряжения. Необходимо учитывать возможную деформацию объекта из-за действующих на него растягивающих напряжений. Натяжение вызывает растяжение материала, что приводит к его утончению и уменьшению площади его поперечного сечения. Поэтому в идеале его следует измерять в состоянии стресса. Наконец, растягивающее напряжение рассчитывается путем деления силы на площадь поперечного сечения.

Как понять кривую растягивающего напряжения?

Чтобы понять кривую растягивающего напряжения, важно сначала узнать, как создается кривая. Исследуемый материал в форме гантели (или собачьей кости) помещается в машину, захватывающую каждый конец. Затем захваты медленно раздвигаются, увеличивая деформацию (смещение) материала и вызывая напряжение. Деформацию увеличивают до тех пор, пока материал не сломается, и напряжение измеряется на всем протяжении. На графике изображена взаимосвязь между напряжением и деформацией:постоянно увеличивающаяся деформация по оси X и результирующее напряжение по оси Y.

Во-вторых, на кривой растягивающего напряжения необходимо определить ключевые точки (см. рисунок 1 ниже):