Bedste svar
A2A: Belastning er simpelthen et andet udtryk for kraft. Så som et eksempel er din kropsvægt en belastning.
Stress er kraft / område. Så hvis jeg tager det samme eksempel, hvis jeg beregner det samlede areal af dine fødder, vil belastningen på dine fødder være din vægt divideret med dine fødderes areal.
Belastning har tendens til at være af interesse, når man ser på komponenter og strukturer dem selv; stress er af interesse, når man undersøger materiale (eller materialer) inden for strukturen. “Stress” er det, der definerer, om det går i stykker. “Load + areal” giver os stress (i de enkleste termer).
Hvis jeg har en plastikdel, der bryder under en bestemt belastning, og jeg har brug for at gøre den stærkere, har jeg to indlysende tilgange.
- Jeg kan holde delen fysisk i samme størrelse, men ændre den til stål. Så belastningen er den samme, og spændingen er den samme, men jeg har nu et materiale, der kan tage mere stress. (Når vi siger, at et materiale er “stærkere” end et andet, er dette generelt en lægmands måde at sige, at dette “stærkere” materiale kan håndtere højere stress).
- Jeg kan beholde min del som plastik, men gøre det “større” – måske tykkere i visse områder. Ved at gøre dette er belastningen den samme, men jeg har reduceret spændingen (forhåbentlig til et niveau, som plastik nu kan håndtere).
Jeg håber, det hjælper.
Svar
Der er 6 numre knyttet til 3D-spændingstilstande For isotrope materialer er der i en 3D-tilstand af stress en i alt 6 typer spændinger, som en genstand kan se – 3 svarer til normale spændinger og 3 med forskydning. En sådan beskrivelse opnås, når der anvendes en referenceramme for krop / belastning . De 6 stater udgør et 3D-vektorfelt.
Men vi kan godt lide at bruge et enkelt tal til at forudsige fiasko Når du har brug for at forudsige materialets svigt, vil du typisk bruge et enkelt tal (fejlstyrke), der fungerer som en tærskel for “mislykkes” / “mislykkes ikke” eller “giver” / “giver ikke” resultater. (Vi kan godt lide at bruge enkle, enkelt tal, fordi dette giver os mulighed for at sammenligne målinger foretaget ved hjælp af uniaxial spænding / kompressionstest, som kun returnerer enkelt tal. Det ville være meget kompliceret, hvis vi skulle bruge to eller tre sæt numre til at indikere fejl for hver type materialesammensætning)
Hvordan konverterer vi 6 tal til et enkelt nummer? Vektorfeltet indebærer desværre, at du har 6 forskellige typer tal tilknyttet 3D-stresstilstanden på ethvert punkt i objektet. Så spørgsmålet bliver nu “hvordan konverterer vi disse 6 tal til et simpelt, enkelt” nummer “, der kan fortælle os, når et materiale fejler?”.
Det er her, teorierne om fiasko kommer ind. Vi diskuterer disse efter den følgende diskussion.
Reducer 6 tal til 3 Den første ting, vi skal gøre er at reducere de 6 tal til det mindst mulige sæt, vi kan. En måde at gøre dette på er at erkende, at de “normale belastninger” og “forskydningsspændinger” faktisk er vektorer, der bidrager til hinanden. Der bør være en måde, hvorpå vi kan gøre disse bidrag uafhængige; Og der er en måde – Ved at dreje “krop / belastningsreferenceramme” geometrisk til en ramme, hvor forskydningskomponenterne forsvinder, og vi kun har 3 komponenter tilbage, som vi kalder “hovedspændinger”. Vi kan gøre dette, fordi det er en (lineær ) vektorfelt.
Tilgængelige teknikker – Vi kunne gøre dette ved at bruge en Mohrs cirkel (fungerer i både 2D og 3D) type kurve ical tilgang, og jeg personligt hader dette. En anden måde at gøre dette på er ved hjælp af lineær algebra og “egenværdier af spændingstensoren”. Hovedspændinger svarer til egenværdier (og egenvektorer svarer til den nye, roterede referenceramme) – Eigendekomposition af en matrix . Jeg finder det lettere at beregne egenværdier og en bedre beskrivelse af, hvad der sker end det latterlige, forældede koncept.
Så alligevel. Sådan beregner du hovedspændinger. Nu har vi kun tre tal. Men vi vil stadig reducere det til et enkelt nummer. Dette bringer os til teorierne om fiasko.
Reducer 3 tal til 1 ved hjælp af fænomenologiske (sammensat af observationer) teorier om fiasko.
Styrken af materialer: Fejlteorier
Disse teorier bruger kombinationer af de tre hovedspændinger til at generere et enkelt tal til sammenligning med metoden “fiaskostyrke” . Enhver kombination er til en vis grad tilladt, fordi disse er “fænomenologiske” teorier (i modsætning til grundlæggende teorier) og ikke tager hensyn til materiel mikrostruktur. Det er også derfor, at forskellige teorier om fiasko fungerer for forskellige typer materialer.Derudover kan du også forestille dig at gøre lignende ting med belastningstensorer – og der er teorier om fiasko, der også er baseret på disse.
[Bemærk at generering af disse teorier ikke er enkel P&C, du skal finde ud af ud hvilke fænomener der bidrager til hvad og hvad de underliggende grundlæggende beskrivelser er. For eksempel bruger frakturmekanik overfladenergi.]
Så lad os besvare spørgsmålene nu.
Hvad er det mindste hovedspænding? Den mindste af de tre hovedspændinger eller egenværdier.
Er det relateret til kompressionsspænding? Ikke rigtig. Definitionen af kompression afhænger af din koordinatreferenceramme. Hvis dine hovedspændinger var 100, 50 og 0 MPa, så er 0 mere komprimerende end 50 eller 100 MPa. Men det er ikke et kompressionsspænding.
Så hvis du vil være pedantisk, ja; praktisk taget afhænger det af. Ingen bryr sig virkelig.
Hvordan adskiller det sig fra maksimal hovedstress? Ifølge definitionen på maksimum og minimum.
For at beregne vekslende stress, skal vi overveje både maksimal hovedspænding og minimum hovedstress på et tidspunkt? Jeg har ikke hørt om en “alternerende stressberegning”. Mener du træthedsstyrke? Det er en anden diskussion. Se nedenfor.
Hvis du taler om kvasistatisk teori om fiasko, behøver du kun overveje typen af materiale (duktilt / sprødt / komposit / meta / ..) og type teori om fiasko, der styrer det. Du finder disse oplysninger på wikipedia-siderne til dit materiale.
Da du taler om cykliske belastningsforhold –
Igen afhænger svaret af materialet og typen af indlæsning objekt ser. Den nemmeste tilgang er at slå standarder op og følge anbefalinger.
Men jeg kan se din forvirring her. De maksimale / minimale spændinger, der bruges til at definere cykliske belastninger (\ sigma\_ {max} eller \ sigma\_ {min }) henviser ikke til max / min hovedspændinger (\ sigma\_ {I} eller \ sigma\_ {III}). De beskriver den maksimale og minimale kombinerede “tilstand af stress”, der alternerer med belastningen / deformationen. Så de taler om “1 nummer” opnået fra en teori om fiasko, ikke maks / min. primære stressværdier direkte.
Cykliske belastningsinducerede fejlteorier bliver meget sofistikerede meget hurtigt. Du skal erkende, at disse teorier kun er tilnærmelser til dybere begreber drevet af grundlæggende fysik af “mangler” i materialer – Sid Hazras svar på Hvad er forskellen mellem “plast shakedown” og “cyklisk ratcheting”?
(Se Mithil Kambles svar på Hvad er minimum Principal stress? Er det relateret til kompressionsspænding? for en beskrivelse af “6 tal forbundet med stress tensor” og deres oprindelse. Bemærk at disse 6 tal bliver 3 for 2D situationer – 2 normale og 1 forskydning.
Der er nogle yderligere detaljer, der diskuterer nogle anvendelser / udvidelser af de ideer, der diskuteres her: Sid Hazras svar på Udvikler belastning stress eller er det modsatte, at det er sandt ? og her: Sid Hazras svar på Hvad er forskydningen af en bøjet bjælke udsat for vridning?)