Mechanikai feszültség
A feszültség az egységnyi területre jutó erő, amely egy testet alakváltozásra késztet.
A feszültség egy testben a részecskék közötti belső erők mérőszáma. Ezek a belső erők a testre ható külső erőkre adott reakció, amelyek a testet szétválasztják, összenyomják vagy elcsúsztatják. A külső erők vagy felületi erők, vagy testerők. A feszültség az egységnyi területre jutó átlagos erő, amelyet egy test egy részecskéje a szomszédos részecskére gyakorol, az őket elválasztó képzeletbeli felületen keresztül.
Az egytengelyű normálfeszültség képlete:
σ = F A {\displaystyle {\sigma }={\frac {F}{A}}} 
ahol σ a feszültség, F az erő és A a felület.
Az SI-egységekben az erőt newtonban, a területet pedig négyzetméterben mérik. Ez azt jelenti, hogy a feszültség newton négyzetméterenként, azaz N/m2. A feszültségnek azonban saját SI-egysége van, a pascal. 1 pascal (Pa) 1 N/m2 -nek felel meg. Az angolszász mértékegységekben a feszültséget font-erő/négyzet hüvelykben mérik, amit gyakran "psi"-re rövidítenek. A feszültség dimenziója megegyezik a nyomáséval.
A kontinuummechanikában a terhelt deformálódó test kontinuumként viselkedik. Tehát ezek a belső erők folyamatosan oszlanak el az anyagi test térfogatán belül. (Ez azt jelenti, hogy a testben a feszültségeloszlást a tér és az idő darabosan folytonos függvényeként fejezzük ki). Az erők a test alakjának deformációját okozzák. Az alakváltozás tartós alakváltozáshoz vagy szerkezeti tönkremenetelhez vezethet, ha az anyag nem elég erős.
A kontinuummechanika egyes modelljei az erőt olyan dologként kezelik, amely változhat. Más modellek az anyag és a szilárd testek deformációját vizsgálják, mivel az anyag és a szilárd testek jellemzői háromdimenziósak. Mindegyik megközelítés eltérő eredményeket adhat. A kontinuummechanika klasszikus modelljei átlagos erőt feltételeznek, és nem veszik megfelelően figyelembe a "geometriai tényezőket". (A test geometriája fontos lehet abban, hogy a feszültség hogyan oszlik meg, és hogyan épül fel az energia a külső erő alkalmazása során.)
1.4. ábra Nyírófeszültség egy prizmás rúdban. A rúd keresztmetszetében a feszültség vagy az erő eloszlása nem feltétlenül egyenletes. Ennek ellenére egy átlagos nyírófeszültség τ a v g {\displaystyle \tau _{\mathrm {avg} }\,\! }
ésszerű közelítés.
1.3. ábra Normálfeszültség egy prizmás (egyenes, egyenletes keresztmetszetű) rúdban. A rúd keresztmetszetében a feszültség- vagy erőeloszlás nem feltétlenül egyenletes. Azonban egy átlagos normálfeszültség σ a v g {\displaystyle \sigma _{\mathrm {avg} }\,\! }
használható.
1.1. ábra Feszültség egy terhelt deformálható anyagtestben, amelyet kontinuumnak tekintenek.
1.2. ábra Axiális feszültség egy tengelyirányban terhelt prizmás rúdban.
Nyírófeszültség
További információk: Nyírófeszültség
Egyszerű feszültségek
Bizonyos helyzetekben a tárgyon belüli feszültséget egyetlen számmal vagy egyetlen vektorral (egy szám és egy irány) lehet leírni. Három ilyen egyszerű feszültséghelyzet az egytengelyű normálfeszültség, az egyszerű nyírófeszültség és az izotróp normálfeszültség.
Egytengelyű normálfeszültség
A húzófeszültség (vagy feszültség) az a feszültségállapot, amely táguláshoz vezet, azaz az anyag hossza a húzó irányban növekszik. Az anyag térfogata állandó marad. Ha egy testre egyenlő és ellentétes erő hat, akkor az ebből az erőből eredő feszültséget húzófeszültségnek nevezzük.
Ezért egy egytengelyű anyagban a hossz a húzófeszültség irányában nő, a másik két irányban pedig csökken. Az egytengelyű feszültségmódban a húzófeszültséget húzóerők idézik elő. A húzófeszültség a nyomófeszültség ellentéte.
Közvetlen feszültség alatt álló szerkezeti elemek a kötelek, talajhorgonyok és szögek, csavarok stb. A hajlítónyomatékoknak kitett gerendákhoz tartozhat húzófeszültség, valamint nyomófeszültség és/vagy nyírófeszültség is.
A szakítófeszültség a szakítószilárdság, azaz a feszültség határállapotának eléréséig növelhető.
Feszültség egydimenziós testekben
Minden valós tárgy háromdimenziós teret foglal el. Ha azonban két dimenzió nagyon nagy vagy nagyon kicsi a többihez képest, akkor a tárgyat egydimenziósnak lehet modellezni. Ez leegyszerűsíti a tárgy matematikai modellezését. Az egydimenziós tárgyak közé tartozik egy darab drót, amelyet a végeinél megterhelnek és oldalról néznek, valamint egy fémlemez, amelyet az oldalán terhelnek és közelről és a keresztmetszetén keresztül néznek.
Kapcsolódó oldalak
- Feszültség
- Hajlítás
Kérdések és válaszok
K: Mi a stressz?
V: A stressz az egységnyi területre jutó erő egy testre, amely az alakváltozást idézi elő. Egy testben a részecskéi között fellépő belső erők mérőszáma, és az az egységnyi területre jutó átlagos erő, amelyet egy test egy részecskéje a szomszédos részecskére gyakorol az őket elválasztó képzeletbeli felületen keresztül.
K: Hogyan befolyásolják a külső erők a feszültséget?
V: A külső erők vagy felületi erők, vagy testerők, és a test alakjának deformációját okozzák, ami tartós alakváltozáshoz vagy szerkezeti tönkremenetelhez vezethet, ha az anyag nem elég erős.
K: Mi az egytengelyű normálfeszültség képlete?
V: Az egytengelyű normálfeszültség képlete σ = F/A, ahol σ a feszültség, F az erő és A a felület. Az SI-egységekben az erőt newtonban, a területet pedig négyzetméterben mérik, vagyis a feszültség newton per négyzetméter (N/m2). A feszültségnek azonban létezik saját SI-egysége, a pascal (Pa), amely 1 N/m2 -nek felel meg. Császári mértékegységben a feszültséget font-erő/négyzetcentiméterben (psi) mérnénk.
K: Mit feltételez a kontinuummechanika az erőről?
V: A kontinuummechanika klasszikus modelljei átlagos erőt feltételeznek, és nem veszik megfelelően figyelembe a geometriai tényezőket - vagyis nem veszik figyelembe, hogy a geometria hogyan befolyásolja az energia felépülését a külső erő alkalmazása során.
K: Hogyan adhatnak különböző modellek eltérő eredményeket az anyag és a szilárd testek deformációjának vizsgálatakor?
V: A különböző modellek különbözőképpen vizsgálják az anyag és a szilárd testek deformációját, mivel az anyag és a szilárd testek jellemzői háromdimenziósak - így minden megközelítés más-más szempontokat vesz figyelembe, ami eltérő eredményekhez vezethet.
K: Hogyan kezeli a kontinuummechanika a terhelt deformálódó testeket?
V: A kontinuummechanika a terhelt deformálódó testeket kontinuumként kezeli - ami azt jelenti, hogy a belső erők folyamatosan oszlanak el az anyagi test térfogatán belül, ahelyett, hogy a klasszikus modellekhez hasonlóan bizonyos pontokra koncentrálódnának.
