Cel mai bun răspuns
A2A: Încărcarea este pur și simplu un alt termen pentru forță. De exemplu, greutatea corporală este o sarcină.
Stresul este forță / zonă. Așadar, luând același exemplu, dacă aș calcula suprafața totală a picioarelor tale, stresul pe picioare ar fi greutatea ta împărțită la aria picioarelor tale.
Încărcarea tinde să fie de interes atunci când te uiți la componente și structuri înșiși; stresul este de interes atunci când se examinează materialul (sau materialele) din structură. „Stresul” este ceea ce definește dacă se sparge. „Încărcare + zonă” ne dă stres (în termeni simpli).
Dacă am o piesă din plastic care se rupe sub o anumită sarcină și trebuie să o fac mai puternică, am două abordări evidente.
- Pot păstra piesa fizic de aceeași dimensiune, dar o schimb în oțel. Deci, sarcina este aceeași și stresul este același, dar acum am un material care poate suporta mai mult stres. (Când spunem că un material este „mai puternic” decât altul, acesta este, în general, un mod laic de a spune că acest material „mai puternic” poate face față stresului mai mare).
- Îmi pot păstra partea ca plastic, dar faceți-l „mai mare” – poate mai gros în anumite zone. Făcând acest lucru, sarcina este aceeași, dar am redus stresul (sperăm la un nivel pe care plasticul îl poate suporta acum).
Sper că acest lucru vă va ajuta.
Răspuns
Există 6 numere atașate la stările 3D de solicitări Pentru materialele izotrope, într-o stare 3D de solicitare, există o în total 6 tipuri de solicitări pe care le poate vedea un obiect – 3 corespund cu solicitări normale și 3 cu forfecare. O astfel de descriere se obține atunci când se utilizează un cadru de referință corp / sarcină . Cele 6 stări alcătuiesc un câmp vector 3D.
Dar ne place să folosim un singur număr pentru a prezice eșecul Când trebuie să prezice eșecul unui material, doriți să utilizați de obicei un singur număr (puterea de eșec) care acționează un prag pentru rezultatele de tip „eșuează” / „nu eșuează” sau „cedează” / „nu dă”. (Ne place să folosim numere simple, deoarece acest lucru ne permite să comparăm măsurătorile efectuate folosind teste uniaxiale de tensiune / compresie care returnează doar numere unice. Ar fi foarte complicat dacă ar trebui să folosim două sau trei seturi de numere pentru a indica eșecul pentru fiecare tip de compoziția materialului)
Cum putem converti 6 numere într-un singur număr? Câmpul vector implică din păcate că aveți 6 tipuri diferite de numere asociate cu starea 3D de stres în orice punct al obiectului. Așadar, întrebarea devine acum „cum putem converti aceste 6 numere într-un„ număr ”simplu, unic, care ne poate spune când un material eșuează?”.
Acolo intră teoriile eșecului. Discutăm acestea după următoarea discuție.
Reduceți 6 numere la 3 Primul lucru pe care trebuie să îl facem este să reducem cele 6 numere la setul cel mai puțin posibil pe care îl putem. O modalitate de a face acest lucru este să recunoaștem că „solicitările normale” și „solicitările de forfecare” sunt de fapt vectori care contribuie unul la celălalt. Ar trebui să existe o modalitate prin care să putem face aceste contribuții independente; există o modalitate – Prin rotirea geometrică a „cadrului de referință corp / sarcină” la un cadru în care componentele de forfecare dispar și rămân doar 3 componente pe care le numim „tensiuni principale”. Putem face acest lucru deoarece este un (liniar ) câmp vector.
Tehnici disponibile – Am putea face acest lucru folosind cercul lui Mohr (funcționează atât în 2D, cât și în 3D) grafic abordare icală și personal urăsc acest lucru. O altă modalitate de a face acest lucru este utilizarea algebrei liniare și a „valorilor proprii ale tensorului de solicitare”. Tensiunile principale sunt echivalente cu valorile proprii (iar vectorii proprii sunt echivalenți cu noul cadru de referință rotit) – Compoziția egendă a unei matrice . Mi se pare mai ușor calcularea valorilor proprii și o descriere mai bună a ceea ce se întâmplă decât acel concept ridicol, învechit.
Deci oricum. Așa calculați tensiunile principale. Acum avem doar trei numere. Dar vrem totuși să-l reducem la un singur număr. Acest lucru ne aduce la teoriile eșecului.
Reduceți 3 numere la 1, folosind teorii fenomenologice (formate din observații) ale eșecului.
Rezistența materialelor: teorii ale eșecurilor
Aceste teorii utilizează combinații ale celor trei tensiuni principale pentru a genera un număr unic pentru a se compara cu metrica „rezistența la eșec” . Orice combinație este într-o măsură admisibilă, deoarece acestea sunt teorii „fenomenologice” (spre deosebire de teoriile fundamentale) și nu țin cont de microstructura materială. De aceea, diferitele teorii ale eșecului funcționează pentru diferite tipuri de materiale.În plus, vă puteți imagina că faceți lucruri similare cu tensori de tensiune – și există teorii ale defecțiunilor care se bazează și pe acestea.
[Rețineți că generarea acestor teorii nu este simplă P&C, trebuie să vă dați seama ce fenomene contribuie la ce și care sunt descrierile fundamentale care stau la baza. De exemplu, mecanica fracturilor utilizează energia de suprafață.]
Deci, să răspundem la întrebări acum.
Care este tensiunea principală minimă? Cea mai mică dintre cele trei tensiuni principale sau valori proprii.
Este legată de tensiunea compresivă? Nu chiar. Definiția compresiei depinde de cadrul de referință al coordonatelor dvs.. Dacă tensiunile principale au fost de 100, 50 și 0 MPa, atunci 0 este mai compresiv decât 50 sau 100 MPa. Dar asta nu este o tensiune de compresie.
Deci, dacă vrei să fii pedant, da; practic, depinde. Nimănui nu-i pasă cu adevărat.
Cum diferă de stresul maxim principal? Conform definiției maximului și minimului.
Pentru calcularea tensiunii alternative, ar trebui să luăm în considerare atât tensiunea principală maximă, cât și tensiunea principală minimă la un moment dat? Nu am auzit de un „calcul al tensiunii alternative”. Te referi la rezistența la oboseală? Aceasta este o discuție diferită. Vedeți mai jos.
Dacă vorbiți despre teoria cvasistatică a eșecului, atunci trebuie doar să luați în considerare tipul de material (ductil / fragil / compozit / meta / ..) și tip de teorie a eșecului care o guvernează. Veți găsi aceste informații pe paginile Wikipedia pentru materialul dvs.
Deoarece vorbiți despre condiții de încărcare ciclică –
Din nou, răspunsul ar depinde de materialul și tipul de încărcare a obiectul vede. Cea mai ușoară abordare este să căutați standarde și să urmați recomandări.
Dar văd confuzia dvs. aici. Tensiunile maxime / minime utilizate în definirea sarcinilor ciclice (\ sigma\_ {max} sau \ sigma\_ {min }) nu se referă la tensiunile principale max / min (\ sigma\_ {I} sau \ sigma\_ {III}). Acestea descriu „starea de solicitare” combinată maximă și minimă care alternează cu sarcina / deformarea. Deci vorbesc despre „1 număr” obținut dintr-o teorie a eșecului, nu max / min valorile principale ale stresului direct.
Teoriile eșecului indus de sarcina ciclică devin foarte sofisticate foarte repede. Ar trebui să recunoașteți că aceste teorii sunt doar aproximări la concepte mai profunde conduse de fizica fundamentală a „defectelor” din materiale – răspunsul lui Sid Hazra la Care este diferența dintre „shakedown plastic” și „clichet ciclic”?
(A se vedea răspunsul lui Mithil Kamble la Ce este tensiunea principală minimă? Este legată de tensiunea compresivă? pentru o descriere a „6 numere asociate cu tensorul tensiunii” și originile lor. Rețineți că aceste 6 numere devin 3 pentru 2D situații – 2 normale și 1 forfecare.
Există câteva detalii suplimentare care discută unele aplicații / extensii la ideile discutate aici: Răspunsul lui Sid Hazra la „Deformația dezvoltă stresul sau este opusul că este adevărat” ? și aici: răspunsul lui Sid Hazra la Care este deplasarea unui fascicul îndoit supus la torsiune?)