Najlepsza odpowiedź
A2A: Obciążenie to po prostu inny termin określający siłę. Na przykład ciężar ciała jest obciążeniem.
Stres to siła / powierzchnia. Więc biorąc ten sam przykład, gdybym obliczył całkowitą powierzchnię twoich stóp, naprężenie na twoich stopach byłoby podzielone przez twoją wagę przez powierzchnię twoich stóp.
Obciążenie jest interesujące, gdy patrzy się na komponenty i konstrukcje sami; naprężenie jest interesujące podczas badania materiału (lub materiałów) w konstrukcji. „Stres” określa, czy się zepsuje. „Obciążenie + obszar” daje nam stres (najprościej mówiąc).
Jeśli mam plastikową część, która pęka pod pewnym obciążeniem i muszę ją wzmocnić, mam dwa oczywiste podejścia.
- Mogę zachować część fizycznie tego samego rozmiaru, ale zmienić ją na stalową. Więc obciążenie jest takie samo, a naprężenie takie samo, ale teraz mam materiał, który może wytrzymać większy nacisk. (Kiedy mówimy, że jeden materiał jest „mocniejszy” niż inny, jest to generalnie laik, aby powiedzieć, że ten „mocniejszy” materiał może wytrzymać większe obciążenia).
- Mogę zachować swoją część jako plastik, ale uczynić go „większym” – być może grubszym w niektórych obszarach. Robiąc to, obciążenie jest takie samo, ale zmniejszyłem naprężenie (mam nadzieję, że teraz wytrzyma plastik).
Mam nadzieję, że to pomoże.
Odpowiedź
Istnieje 6 liczb przypisanych do stanów naprężeń 3D W przypadku materiałów izotropowych w stanie naprężenia 3D istnieje w sumie 6 typów naprężeń, które obiekt może zobaczyć – 3 odpowiadają naprężeniom normalnym, a 3 ścinaniu. Taki opis jest uzyskiwany przy użyciu ramki odniesienia nadwozia / obciążenia . Sześć stanów tworzy pole wektorowe 3D.
Ale lubimy używać jednej liczby do przewidywania awarii Kiedy musisz przewidzieć awarię materiału, zazwyczaj chcesz użyć pojedyncza liczba (wytrzymałość na uszkodzenie), która działa jako próg dla wyników typu „niepowodzenia” / „nie zawodzi” lub „daje” / „nie daje” wyników typu. (Lubimy używać prostych, pojedynczych liczb, ponieważ pozwala nam to porównać pomiary wykonane za pomocą testów jednoosiowego rozciągania / ściskania, które zwracają tylko pojedyncze liczby. Byłoby bardzo skomplikowane, gdybyśmy musieli użyć dwóch lub trzech zestawów liczb do wskazania awarii dla każdego typu skład materiału)
Jak przekonwertować 6 liczb na jedną liczbę? Pole wektorowe niestety oznacza, że masz 6 różnych typów liczb związanych ze stanem naprężenia 3D w dowolnym punkcie obiektu. Zatem pytanie brzmi teraz: „w jaki sposób zamienimy te 6 liczb na prostą, pojedynczą„ liczbę ”, która może nam powiedzieć, kiedy materiał zawodzi?”.
W tym miejscu pojawiają się teorie niepowodzenia. Omówimy je po poniższej dyskusji.
Zmniejsz 6 liczb do 3 Pierwszą rzeczą, którą musimy zrobić, jest zredukowanie 6 liczb do możliwie najmniejszy zbiór, jaki możemy. Jednym ze sposobów na to jest uznanie, że „naprężenia normalne” i „naprężenia ścinające” są w rzeczywistości wektorami, które mają na siebie wzajemny wkład. jest na to sposób – Poprzez geometryczne obrócenie „ramy odniesienia bryła / obciążenie” do ramy, w której znikają składowe ścinania i pozostaje nam tylko 3 składowe, które nazywamy „naprężeniami głównymi”. Możemy to zrobić, ponieważ jest to (liniowe ).
Dostępne techniki – Moglibyśmy to zrobić używając koła Mohra (działa zarówno w 2D, jak i 3D) wykres iczne podejście i osobiście tego nienawidzę. Innym sposobem jest użycie algebry liniowej i „wartości własnych tensora naprężenia”. Główne naprężenia są równoważne wartościom własnym (a wektory własne są równoważne nowej, obróconej ramce odniesienia) – Skład eigend macierzy . Uważam, że obliczanie wartości własnych jest łatwiejsze i stanowi lepszy opis tego, co się dzieje, niż ta absurdalna, przestarzała koncepcja.
W każdym razie. Tak oblicza się naprężenia główne. Teraz mamy tylko trzy liczby. Ale nadal chcemy zredukować to do jednej liczby. To prowadzi nas do teorii niepowodzenia.
Zmniejsz 3 liczby do 1, korzystając z fenomenologicznych (utworzonych na podstawie obserwacji) teorii niepowodzenia.
Wytrzymałość materiałów: teorie zniszczenia
Te teorie wykorzystują kombinacje trzech głównych naprężeń w celu wygenerowania jednej liczby do porównania z miernikiem „wytrzymałości na zniszczenie” . Każda kombinacja jest do pewnego stopnia dopuszczalna, ponieważ są to teorie „fenomenologiczne” (w przeciwieństwie do teorii fundamentalnych) i nie biorą pod uwagę mikrostruktury materiału. Dlatego też różne teorie awarii sprawdzają się w przypadku różnych rodzajów materiałów.Ponadto możesz sobie wyobrazić, że robisz podobne rzeczy z tensorami naprężeń – i istnieją teorie niepowodzenia, które również się na nich opierają.
[Zauważ, że generowanie tych teorii nie jest prostym P&C, musisz obliczyć jakie zjawiska przyczyniają się do tego, do czego i jakie są podstawowe opisy. Na przykład mechanika pękania wykorzystuje energię powierzchniową.]
Odpowiedzmy teraz na pytania.
Jakie jest minimalne naprężenie główne? Najmniejsze z trzech naprężeń głównych lub wartości własnych.
Czy jest związane z naprężeniem ściskającym? Niezupełnie. Definicja kompresji zależy od układu odniesienia współrzędnych. Jeśli główne naprężenia wynosiły 100, 50 i 0 MPa, to 0 jest bardziej ściskające niż 50 lub 100 MPa. Ale to nie jest naprężenie ściskające.
Więc jeśli chcesz być pedantyczny, tak; praktycznie to zależy. Nikogo to naprawdę nie obchodzi.
Czym różni się od maksymalnego głównego stresu? Zgodnie z definicją maksymalnego i minimalnego.
Czy w przypadku obliczania naprężenia przemiennego należy brać pod uwagę zarówno maksymalne naprężenie główne, jak i minimalne naprężenie główne w punkcie? Nie słyszałem o „obliczaniu naprężenia przemiennego”. Masz na myśli siłę zmęczenia? To inna dyskusja. Patrz poniżej.
Jeśli mówisz o quasistatycznej teorii zniszczenia, wystarczy wziąć pod uwagę rodzaj materiału (ciągliwy / kruchy / kompozytowy / meta / ..) i rodzaj teorii awarii, która nim rządzi. Informacje te znajdziesz na stronach Wikipedii dotyczących twojego materiału.
Ponieważ mówisz o cyklicznych warunkach ładowania –
Odpowiedź będzie zależeć od materiału i typu ładowania obiekt widzi. Najłatwiejszym podejściem jest sprawdzenie standardów i postępowanie zgodnie z zaleceniami.
Ale widzę tutaj twoje zamieszanie. Maksymalne / minimalne naprężenia używane przy definiowaniu obciążeń cyklicznych (\ sigma\_ {max} lub \ sigma\_ {min }) nie odnoszą się do maksymalnych / minimalnych naprężeń głównych (\ sigma\_ {I} lub \ sigma\_ {III}). Opisują maksymalny i minimalny połączony „stan naprężenia”, który występuje naprzemiennie z obciążeniem / odkształceniem. „1 liczba” uzyskana z teorii awarii, a nie max / min bezpośrednio wartości naprężeń głównych.
Teorie uszkodzeń wywołanych cyklicznym obciążeniem stają się bardzo szybko bardzo wyrafinowane. Powinieneś zdawać sobie sprawę, że te teorie są tylko przybliżeniami do głębszych pojęć napędzanych podstawową fizyką „wad” materiałów – odpowiedzi Sid Hazry na pytanie Jaka jest różnica między „wytrząsaniem plastiku” a „cyklicznym zapadaniem”?
(Zobacz odpowiedź Mithila Kamblea na „Co to jest minimalne naprężenie główne? Czy jest to związane z naprężeniem ściskającym? sytuacje – 2 normalne i 1 ścinanie.
Jest kilka dodatkowych szczegółów omawiających niektóre zastosowania / rozszerzenia omawianych tutaj pomysłów: Odpowiedź Sida Hazry na Czy odkształcenie powoduje stres, czy jest odwrotnie ? i tutaj: odpowiedź Sida Hazry na pytanie: Jakie jest przemieszczenie zgiętej belki poddanej skręcaniu?)