Paras vastaus
A2A: Kuormitus on yksinkertaisesti toinen voiman termi. Joten esimerkiksi painosi on kuormitus.
Stressi on voima / alue. Joten ottaessani saman esimerkin, jos lasken jalkojesi kokonaispinta-alan, jalkojesi stressi olisi painosi jaettuna jalkojesi pinta-alalla.
Kuormalla on taipumus kiinnostaa, kun tarkastellaan komponentteja ja rakenteita itse; stressi on kiinnostava tutkittaessa materiaalia (tai materiaaleja) rakenteen sisällä. ”Stressi” on se, mikä määrittelee, murretaanko se. ”Kuorma + alue” aiheuttaa meille stressiä (yksinkertaisimmalla sanalla).
Jos minulla on muoviosa, joka rikkoutuu tietyllä kuormalla ja minun on tehtävä se vahvemmaksi, minulla on kaksi ilmeistä lähestymistapaa.
- Voin pitää osan fyysisesti samankokoisena, mutta muuttaa sen teräkseksi. Joten kuorma on sama ja stressi on sama, mutta minulla on nyt materiaali, joka voi kestää enemmän stressiä. (Kun sanomme, että yksi materiaali on ”vahvempi” kuin toinen, tämä on yleensä maallikon tapa sanoa, että tämä ”vahvempi” materiaali pystyy käsittelemään suurempaa rasitusta.)
- Voin pitää osani muovina, mutta tee siitä ”isompi” – kenties paksumpi tietyillä alueilla. Tällöin kuorma on sama, mutta olen vähentänyt rasitusta (toivottavasti tasolle, jota muovi pystyy nyt käsittelemään).
Toivon, että tämä auttaa.
Vastaus
3D-jännitystiloihin on liitetty 6 numeroa. Isotrooppisille materiaaleille 3D-jännitystilassa on yhteensä 6 erilaista jännitystä, jotka esine voi nähdä – 3 vastaa normaalijännityksiä ja 3 leikkausta. Tällainen kuvaus saadaan käytettäessä rungon / kuorman viitekehystä . Nämä 6 tilaa muodostavat 3D-vektorikentän.
Mutta haluamme käyttää yhtä numeroa ennustamaan vika Kun sinun on ennakoitava materiaalin epäonnistuminen, haluat yleensä käyttää yksi numero (vikaantumislujuus), joka toimii kynnyksellä ”epäonnistuu” / ”ei onnistu” tai ”tuottaa” / ”ei tuota” -tyyppisiä tuloksia. (Haluamme käyttää yksinkertaisia, yksittäisiä numeroita, koska tämä antaa meille mahdollisuuden verrata mittauksia, jotka on tehty yksiaksiaalisilla jännitys- / puristustestillä, jotka palauttavat vain yksittäisiä numeroita. Olisi hyvin monimutkaista, jos joudumme käyttämään kahta tai kolmea numerosarjaa osoittamaan vikaa kaikentyyppisille materiaalikoostumus)
Kuinka muunnamme 6 numeroa yhdeksi luvuksi? Vektorikenttä tarkoittaa valitettavasti, että sinulla on 6 erityyppistä numeroa, jotka liittyvät 3D-stressitilaan missä tahansa kohteen kohdassa. Joten kysymyksestä tulee nyt ”miten voimme muuntaa nämä 6 lukua yksinkertaiseksi, yhdeksi” luvuksi ”, joka voi kertoa meille, kun materiaali epäonnistuu?”.
Siellä epäonnistumisteoriat tulevat sisään. Keskustelemme näistä seuraavan keskustelun jälkeen.
Pienennä 6 numeroa 3: ksi Ensimmäinen asia, joka meidän on tehtävä, on pienentää 6 numeroa pienin mahdollinen joukko, jonka voimme. Yksi tapa tehdä tämä on tunnistaa, että ”normaalijännitykset” ja ”leikkausjännitykset” ovat itse asiassa vektoreita, jotka vaikuttavat toisiinsa. Olisi oltava tapa, jolla voimme tehdä nämä vaikutukset itsenäisiksi; ja on olemassa tapa – Kiertämällä geometrisesti ”kehon / kuorman viitekehys” kehykseksi, jossa leikkauskomponentit katoavat ja meille jää vain 3 komponenttia, joita kutsumme ”pääjännityksiksi”. Voimme tehdä tämän, koska se on (lineaarinen ) vektorikenttä.
Käytettävissä olevat tekniikat – Voisimme tehdä tämän käyttämällä Mohrin ympyrää (toimii sekä 2D- että 3D-muodossa). kaavio lähestymistapaa, ja vihaan tätä henkilökohtaisesti. Toinen tapa tehdä tämä on käyttää lineaarista algebraa ja ”jännitystensorin ominaisarvoja”. Pääjännitykset vastaavat ominaisarvoja (ja ominaisvektorit vastaavat uutta, käännettyä viitekehystä) – Matriisin omalaatuinen koostumus . Minusta ominaisarvojen laskeminen on helpompaa ja parempi kuvaus tapahtumista kuin tuo naurettava, vanhentunut käsite.
Joten joka tapauksessa. Näin lasket pääjännitykset. Nyt meillä on vain kolme numeroa. Mutta haluamme silti pienentää sen yhdeksi numeroksi. Tämä tuo meidät epäonnistumisteorioihin.
Pienennä 3 numeroa yhteen käyttämällä fenomenologisia (havainnoista koostuvia) epäonnistumisteorioita.
Materiaalien vahvuus: Vikateoriat
Nämä teoriat käyttävät kolmen pääjännityksen yhdistelmiä luodakseen yhden numeron, jota voidaan verrata murtolujuuden metriikkaan . Mikä tahansa yhdistelmä on sallittua, koska nämä ovat ”fenomenologisia” teorioita (toisin kuin perusteoriat), eivätkä ne ota huomioon aineellista mikrorakennetta. Siksi myös erilaiset epäonnistumisteoriat toimivat erityyppisille materiaaleille.Lisäksi voit kuvitella tekevän samankaltaisia asioita venytysjännittimien kanssa – ja on olemassa myös epäonnistumisteorioita, jotka perustuvat myös näihin.
[Huomaa, että näiden teorioiden luominen ei ole yksinkertaista vahinkovakuutusta, sinun on selvitettävä mitkä ilmiöt vaikuttavat mihin ja mitkä ovat perustavanlaatuiset kuvaukset. Esimerkiksi murtumismekaniikka käyttää pintaenergiaa.]
Joten vastaamme kysymyksiin nyt.
Mikä on pienin pääjännitys? Pienin kolmesta pääjännityksestä tai ominaisarvosta.
Liittyykö se puristusjännitykseen? Ei oikeastaan. Puristuksen määritelmä riippuu koordinaattisi viitekehyksestä. Jos pääjännityksesi olivat 100, 50 ja 0 MPa, niin 0 on puristavampi kuin 50 tai 100 MPa. Mutta se ei ole puristusjännitys.
Joten jos haluat olla pedanttinen, kyllä; käytännössä se riippuu. Kukaan ei välitä siitä.
Kuinka se eroaa suurimmasta päästressiä? Maksimin ja vähimmäisarvon määritelmän mukaan.
Pitäisikö vaihtoehtoisen jännityksen laskennassa ottaa huomioon sekä suurin pääjännitys että pienin pääjännitys yhdessä pisteessä? En ole kuullut ”vuorottelevan jännityksen laskemisesta”. Tarkoitatko väsymisvoimaa? Se on erilainen keskustelu. Katso alla.
Jos puhut kvasistaattisesta epäonnistumisteoriasta, sinun on otettava huomioon vain materiaalityyppi (pallografiitti / hauras / komposiitti / meta / ..) ja tyypin epäonnistumisteoria, joka säätelee sitä. Löydät nämä tiedot materiaalisi wikipedia-sivuilta.
Koska puhut syklisistä latausehdoista –
Vastaus riippuu jälleen materiaalin ja tyypin lataamisesta esine näkee. Helpoin tapa on etsiä standardeja ja noudattaa suosituksia.
Mutta näen tässä hämmennyksesi. Syklisten kuormitusten määrittämisessä käytetyt enimmäis- / vähimmäisjännitteet (\ sigma\_ {max} tai \ sigma\_ {min }) eivät viittaa max / min pääjännityksiin (\ sigma\_ {I} tai \ sigma\_ {III}). Ne kuvaavat suurinta ja pienintä yhdistettyä ”jännityksen tilaa”, joka vuorottelee kuormituksen / muodonmuutoksen kanssa. Joten he puhuvat ”1 luku”, joka on saatu epäonnistumisteoriasta, ei enimmäisarvoa / min pääjännitysarvot suoraan.
Syklisen kuormituksen aiheuttamat vikateoriat kehittyvät hyvin kehittyneiksi erittäin nopeasti. Sinun pitäisi tunnistaa, että nämä teoriat ovat kaikki vain likimain syvempiä käsitteitä, jotka perustuvat materiaalien ”vikojen” perusfysiikkaan – Sid Hazran vastaus kysymykseen Mitä eroa on ”muovisen pudotuksen” ja ”syklisen räpyttämisen” välillä?
(Katso Mithil Kamblen vastaus kohtaan Mikä on vähimmäisjännitys? Liittyykö se puristusjännitykseen? kuvaus ”jännitystensoriin liittyvistä 6 luvusta” ja niiden alkuperästä. Huomaa, että näistä 6 luvusta tulee 3 2D: lle tilanteita – 2 normaalia ja yksi leikkaus.
On joitain lisätietoja, joissa käsitellään joitain sovelluksia / laajennuksia täällä käsiteltyihin ideoihin: Sid Hazran vastaus kohtaan Onko rasituksessa stressiä vai päinvastainen? ? ja tässä: Sid Hazran vastaus kysymykseen Mikä on vääntymään kohdistetun taipuneen säteen siirtymä?)