آیا می توانید مفاهیم و تفاوت های بین نیروی داخلی، استرس و فشار را به وضوح تشخیص دهید؟ امروز بیا همه اش را ببین
1. مفهوم نیروی درونی
1. تعریف
نیروی داخلی به نیروی فعل و انفعال (نیروی داخلی اضافی) بین قطعات مجاور در یک جسم ناشی از نیروی خارجی اشاره دارد. نیرویی که توسط دنیای بیرون به میله وارد می شود، نیروی خارجی نامیده می شود.
هر جسمی از بی نهایت ذرات تشکیل شده است، یک نیروی متقابل بین هر دو ذره مجاور در جزء وجود دارد و بزرگی نیرو به موقعیت نسبی ذرات مربوط می شود. هنگامی که جسمی تحت تأثیر نیروی خارجی قرار می گیرد، جسم تغییر شکل می دهد، موقعیت نسبی ذرات درونی آن تغییر می کند و نیروی برهمکنش بین آنها نیز بر این اساس تغییر می کند. ما تغییر نیروی تولید شده توسط نیروی خارجی را نیروی داخلی اضافی یا به اختصار نیروی داخلی می نامیم.
2. روش محاسبه نیروی داخلی - روش مقطع
بدیهی است که نیروی درونی داخل جزء است. اگر می خواهید نیروی درونی را حل کنید، باید نیروی درونی را افشا کنید. به این ترتیب از روش مقطع برای حل وضعیت مقطع نیروی داخلی با توجه به نیاز استفاده می کنیم. برش فرضی، عضو اصلی متعادل است و هر قسمت بعد از برش نیز متعادل می شود، یعنی هر قسمتی که در دو طرف مقطع باشد تحت تأثیر نیروی خارجی و نیروی داخلی وارد بر مقطع در حالت متعادل باشد. بنابراین، میتوانید هر سمتی از مقطع را بگیرید، شرایط تعادل آن را مطالعه کنید، معادله تعادل برقرار کنید و نیروی داخلی برش را حل کنید. مراحل مشخص برای حل بخش به شرح زیر است.
برش فرضی: در مقطعی که نیروی داخلی در آن جستجو می شود (معمولاً مقطع)، میله به صورت فرضی توسط مقطع به دو قسمت تقسیم می شود.
تعویض: یک قطعه را خودسرانه بگیرید و اثر قسمت دور ریخته شده روی قسمت باقیمانده با نیروی داخلی متناظر (نیرو یا جفت نیرو) که روی قسمت اعمال می شود جایگزین می شود.
تعادل: برای قسمت باقیمانده یک معادله تعادل برقرار کنید و نیروی داخلی مجهول میله را بر روی سطح برش بر اساس نیروی خارجی شناخته شده وارد بر آن محاسبه کنید (در این زمان، نیروی داخلی روی سطح برش یک نیروی خارجی برای قسمت باقی مانده). بر اساس فرض اساسی یکنواختی و پیوستگی، پس از برش، یک نیروی دلخواه باید به طور پیوسته بر روی مقطع توزیع شود و در هر نقطه از مقطع، نیروهای داخلی وجود دارد، اما برای یک سیستم نیروی دلخواه در فضا تنها شش شرط تعادل وجود دارد. و ما نمی توانیم همه آنها را حل کنیم. نیروی درونی هر نقطه با توجه به ساده سازی سیستم نیرو، هر سیستم نیرویی از این نیروی داخلی را تا یک نقطه از مقطع، معمولاً به مرکز مقطع، ساده می کنیم و یک بردار اصلی و یک گشتاور اصلی را مانند شکل زیر به دست می آوریم.
با در نظر گرفتن مرکز مقطع به عنوان مبدا، یک سیستم مختصات دکارتی را همانطور که در شکل نشان داده شده است، ایجاد کنید، محور x عمود بر مقطع، یعنی در امتداد محور میله، و محور y و z است. محورها در صفحه مقطع قرار دارند. با تجزیه بردار اصلی به سه محور مختصات می توان سه جزء را به دست آورد: نیروی محوری در امتداد محور x و نیروی برشی در امتداد محور y و محور z.
تصویر
تجزیه گشتاورهای اصلی در امتداد سه محور مختصات، سه جزء به دست میدهد: گشتاور در امتداد محور x، گشتاورهای خمشی در امتداد محور y و محور z.
ما این شش جزء را نیروهای داخلی نیز می نامیم، اما باید توجه داشت که این شش مولفه، نیروی حاصل یا گشتاور نیروهای داخلی هستند. حل نیروی داخلی میله بعداً یافتن نیروی محوری، نیروی برشی، گشتاور و گشتاور خمشی است، زیرا این نیروهای داخلی با تغییر شکل اصلی میله مطابقت دارند: تغییر شکل کشش و فشار، تغییر شکل برشی، تغییر شکل پیچشی، تغییر شکل خمشی.
2. مفهوم استرس
تنش، تمرکز توزیع نیروی داخلی است (تنش برای یک "نقطه" معین است، وقتی می خواهیم تنش یک نقطه را توصیف کنیم، باید به موقعیت این نقطه و جهت گیری صفحه ای که از این نقطه می گذرد اشاره کنیم. برای توصیف تنش یک نقطه بر روی بخش، یک ریز ناحیه DA در اطراف این نقطه، همانطور که در شکل نشان داده شده است، بگیرید. نیروی حاصل از سیستم نیروی داخلی در این ریز ناحیه DF است. از آنجایی که این ناحیه به اندازه کافی کوچک است، فرض می کنیم که نیروی داخلی به طور یکنواخت توزیع شده است، سپس می توانیم تنش متوسط را بدست آوریم و سپس حد تنش متوسط را برای بدست آوردن تنش کل یا تنش کل این نقطه، جهت به دست آوریم. تنش کل با موقعیت نقطه انتخاب شده تغییر می کند. بدیهی است که تنش کل یک بردار است و رابطه بین جهت آن و مقطع دلخواه است. سپس تنش کل را به دو جزء تجزیه می کنیم، یکی تنش معمولی عمود بر مقطع و دیگری تنش برشی مماس بر مقطع نامیده می شود.
به معنای استرس
استرس کل (استرس کلی)
تنش کل به این تقسیم می شود: تنش عمود بر مقطع را "تنش نرمال" و تنش داخل مقطع را "تنش برشی" می نامند.
واحد تنش: Pa، معمولا استفاده می شود: MPa، GPa.
3. جابجایی، تغییر شکل و کرنش
1. جابجایی
تغییر موقعیت یک نقطه در جسم قبل و بعد از تغییر شکل، جابجایی در مکانیک مواد دارای جابجایی خطی و جابجایی زاویه ای است. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، نیروی متمرکزی به انتهای آزاد تیر کنسول وارد می شود و تیر خم می شود و تغییر شکل می دهد. اگر جابجایی یک مقطع خاص مانند جابجایی انتهای آزاد را بررسی کنیم، بدیهی است که مرکز مقطع دارای جابجایی رو به پایین و در نتیجه یک جابجایی خطی و در عین حال جهت طبیعی است. بخش نیز تغییر می کند، یعنی بخش می چرخد و در نتیجه یک جابجایی زاویه ای ایجاد می شود. جابه جایی.
2. تغییر شکل
تغییر در اندازه و شکل یک جسم تحت تأثیر یک نیروی خارجی.
3. صافی کنید
برای اندازه گیری درجه تغییر شکل در یک نقطه از یک جزء، کرنش نیز برای یک "نقطه" خاص است.
(1) کرنش خطی (درجه تغییر اندازه یک نقطه در یک جسم را اندازه گیری می کند).
همانطور که در شکل نشان داده شده است، هر نقطه A را در جزء بررسی می کنیم و هر نقطه B را نزدیک نقطه A می گیریم. طول AB Dx است. مولفه تحت تأثیر نیروی خارجی تغییر شکل می دهد و هر دو نقطه A و B به موقعیت های جدید جابه جا می شوند. فاصله بین Dx به اضافه Ds می شود، با فرض اینکه تغییر شکل در محدوده Dx یکنواخت است، کرنش خطی متوسط را می توان به دست آورد.
حد فرمول بالا را برای بدست آوردن کرنش خط در نقطه A می گیریم
برای مسائل صفحه، یک مستطیل کوچک در شکل نشان داده شده است و خط عمل نیروی خارجی به مستطیلی تبدیل می شود که با یک خط نقطه چین نشان داده شده است (اندازه تغییر می کند). اگر تغییر شکل در محدوده Dx و Dy یکنواخت باشد، یک خط متوسط در امتداد کرنش جهت x و y وجود دارد.
تصویر
به ترتیب حد را در نظر بگیرید تا کرنش خطی را در جهت x و y بدست آورید
تصویر
(2) کرنش زاویه ای (درجه تغییر شکل یک نقطه در جسم را اندازه می گیرد) کرنش برشی یا کرنش برشی نیز نامیده می شود.
به عنوان تغییر در زاویه راست تعریف می شود.
