Nejlepší odpověď
A2A: Zátěž je prostě jiný výraz pro sílu. Například je vaše tělesná hmotnost zátěží.
Stres je síla / plocha. Vezmeme-li tedy stejný příklad, pokud bych spočítal celkovou plochu vašich chodidel, napětí na vašich chodidlech by byla vaše váha vydělená plochou vašich chodidel.
Při pohledu na komponenty a struktury bývá zajímavé zatížení. oni sami; při zkoumání materiálu (nebo materiálů) ve struktuře je zajímavé napětí. „Stres“ je to, co definuje, zda se rozbije. „Plocha zatížení +“ nám dává stres (v nejjednodušších termínech).
Pokud mám plastovou část, která se pod určitým zatížením zlomí a potřebuji ji zesílit, mám dva zřejmé přístupy.
- Mohu zachovat fyzicky součást stejné velikosti, ale změnit ji na ocel. Takže zatížení je stejné a napětí je stejné, ale teď mám materiál, který může trvat více stresu. (Když řekneme, že jeden materiál je „silnější“ než jiný, obecně se jedná o laický způsob, jak říci, že tento „silnější“ materiál zvládne vyšší namáhání.)
- Svou část si mohu nechat jako plast, ale „zvětšit“ – v některých oblastech možná silněji. Tímto způsobem je zatížení stejné, ale snížil jsem stres (doufejme, že na úroveň, kterou nyní plast zvládne).
Doufám, že to pomůže.
Odpověď
K 3D stavům napětí je připojeno 6 čísel U izotropních materiálů existuje ve 3D stavu napětí celkem 6 typů napětí, které objekt může vidět – 3 odpovídají normálním napětím a 3 smykovým napětím. Takový popis se získá při použití referenčního rámce těla / zatížení . Těchto 6 států tvoří 3D vektorové pole.
K předpovědi selhání bychom ale rádi použili jediné číslo Pokud potřebujete předpovědět selhání materiálu, obvykle chcete použít jedno číslo (síla selhání), které funguje jako prahová hodnota pro výsledky typu „selže“ / „nezklame“ nebo „výnosy“ / „nepřinese“. (Rádi používáme jednoduchá jednoduchá čísla, protože to nám umožňuje porovnat měření provedená pomocí jednoosých tahových / kompresních testů, které vracejí pouze jednotlivá čísla. Bylo by velmi komplikované, kdybychom museli použít dvě nebo tři sady čísel k označení selhání pro každý typ materiálové složení)
Jak převedeme 6 čísel na jedno číslo? Vektorové pole bohužel znamená, že máte 6 různých typů čísel spojených s 3D stavem napětí v kterémkoli bodě objektu. Otázka tedy nyní zní: „jak převedeme těchto 6 čísel na jednoduché, jediné„ číslo “, které nám může říci, když materiál selže?“.
Tady přicházejí teorie selhání. Diskutujeme o nich po následující diskusi.
Snížit 6 čísel na 3 První věcí, kterou musíme udělat, je snížit 6 čísel na nejmenší možná množina, kterou můžeme. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je uznat, že „normální napětí“ a „smykové napětí“ jsou ve skutečnosti vektory, které si navzájem přispívají. Měl by existovat způsob, jak můžeme tyto příspěvky učinit nezávislými; A existuje způsob – Geometrickým otočením „referenčního rámu tělesa / zatížení“ na rám, kde smykové komponenty zmizí a zůstanou nám jen 3 komponenty, které nazýváme „hlavní napětí“. To můžeme udělat, protože je to (lineární ) vektorové pole.
Dostupné techniky – Mohli bychom to udělat pomocí Mohrova kruhu (funguje ve 2D i 3D) graf nický přístup a já osobně to nenávidím. Dalším způsobem, jak toho dosáhnout, je použití lineární algebry a „vlastních čísel tenzoru napětí“. Hlavní napětí jsou ekvivalentní vlastním číslům (a vlastní vektory jsou ekvivalentní novému, otočenému referenčnímu rámci) – Vlastní složení matice . Připadá mi výpočet vlastních čísel jednodušší a lepší popis toho, co se děje, než ten směšný, zastaralý koncept.
Takže stejně. Takto vypočítáváte hlavní napětí. Nyní máme jen tři čísla. Ale přesto to chceme snížit na jediné číslo. Tím se dostáváme k teoriím selhání.
Snižte 3 čísla na 1 pomocí fenomenologických teorií selhání (vytvořených z pozorování).
Tyto teorie používají kombinace tří hlavních napětí k vygenerování jediného čísla pro srovnání s metrikou „síla pevnosti“ . Jakákoli kombinace je do určité míry přípustná, protože se jedná o „fenomenologické“ teorie (na rozdíl od základních teorií) a nezohledňují hmotnou mikrostrukturu. I proto fungují různé teorie poruch pro různé typy materiálů.Kromě toho si můžete také představit, že děláte podobné věci s tenzory napětí – a existují také teorie selhání, které jsou také založeny na nich.
[Všimněte si, že generování těchto teorií není jednoduché P&C, musíte zjistit zjistit, které jevy přispívají k tomu, co a jaké jsou základní popisy. Například lomová mechanika využívá povrchovou energii.]
Pojďme tedy nyní odpovědět na otázky.
Jaké je minimální hlavní napětí? Nejmenší ze tří hlavních napětí nebo vlastních čísel.
Souvisí to s tlakovým stresem? Ve skutečnosti ne. Definice komprese závisí na vašem referenčním souřadnicovém rámci. Pokud vaše hlavní napětí byla 100, 50 a 0 MPa, pak 0 je více stlačitelné než 50 nebo 100 MPa. Ale to není tlakové napětí.
Takže pokud chcete být pedantští, ano; prakticky záleží. Nikoho to opravdu nezajímá.
Jak se liší od maximálního hlavního stresu? Podle definice maxima a minima.
Pro výpočet střídavého napětí bychom měli uvažovat jak maximální hlavní napětí, tak minimální hlavní napětí v bodě? Neslyšel jsem o „výpočtu střídavého napětí“. Máte na mysli únavovou sílu? To je jiná diskuse. Viz níže.
Pokud mluvíme o kvazistatické teorii selhání, pak je třeba vzít v úvahu pouze typ materiálu (tažný / křehký / kompozitní / meta / ..) a typ teorie selhání, který ji řídí. Tyto informace najdete na stránkách wikipedie pro váš materiál.
Protože mluvíte o podmínkách cyklického načítání –
Odpověď bude opět záviset na materiálu a typu načítání objekt vidí. Nejjednodušší přístup je vyhledat standardy a postupovat podle doporučení.
Ale vidím zde váš zmatek. Maximální / minimální napětí použité při definování cyklických zatížení (\ sigma\_ {max} nebo \ sigma\_ {min }) neodkazují na maximální / minimální hlavní napětí (\ sigma\_ {I} nebo \ sigma\_ {III}). Popisují maximální a minimální kombinovaný „stav napětí“, který se střídá se zatížením / deformací. Mluví tedy o „1 číslo“ získané z teorie selhání, nikoli max / min hodnoty hlavního napětí přímo.
Teorie selhání vyvolané cyklickým zatížením jsou velmi rychle velmi sofistikované. Měli byste si uvědomit, že tyto teorie jsou jen aproximací hlubších konceptů poháněných základní fyzikou „nedostatků“ v materiálech – odpověď Sida Hazry na Jaký je rozdíl mezi „plastovým shakedown“ a „cyklickým ráčnováním“?
(Viz odpověď Mithila Kamble na Co je minimální hlavní napětí? Souvisí to s tlakovým stresem? kde je uveden popis „6 čísel spojených s tenzorem napětí“ a jejich původu. Všimněte si, že těchto 6 čísel se pro 2D stane 3 situace – 2 normální a 1 střih.
Existují některé další podrobnosti týkající se některých aplikací / rozšíření zde diskutovaných myšlenek: Odpověď Sida Hazry na Vyvolává napětí napětí nebo je to naopak ? a zde: Odpověď Sida Hazry na Jaký je posun ohýbaného paprsku vystaveného kroucení?)