Įtempis
Įtampa - tai ploto vienetui tenkanti jėga, dėl kurios kūnas keičia savo formą.
Įtampa - tai kūno vidinių jėgų, veikiančių tarp jo dalelių, matas. Šios vidinės jėgos yra reakcija į kūną veikiančias išorines jėgas, dėl kurių kūnas atsiskiria, susispaudžia arba pasislenka. Išorinės jėgos yra paviršiaus jėgos arba kūno jėgos. Įtampa - tai vidutinė ploto vienetui tenkanti jėga, kuria kūno dalelė veikia gretimą dalelę per jas skiriantį įsivaizduojamą paviršių.
Vienašio normalinio įtempio formulė yra tokia:
σ = F A {\displaystyle {\sigma }={\frac {F}{A}}}} 
čia σ - įtempiai, F - jėga, A - paviršiaus plotas.
SI vienetais jėga matuojama niutonais, o plotas - kvadratiniais metrais. Tai reiškia, kad įtempimas yra niutonai kvadratiniame metre, arba N/m2. Tačiau įtempimas turi savo SI vienetą, vadinamą paskalį. 1 paskalis (simbolis Pa) lygus 1 N/m2. Imperijos vienetais įtempimas matuojamas svarais jėgos kvadratiniam colyje, kurie dažnai sutrumpintai vadinami "psi". Įtampos matmuo yra toks pat kaip ir slėgio matmuo.
Tęstinių procesų mechanikoje apkrautas deformuojamas kūnas elgiasi kaip kontinuumas. Taigi šios vidinės jėgos tolygiai pasiskirsto materialiojo kūno tūryje. (Tai reiškia, kad įtempių pasiskirstymas kūne išreiškiamas gabaline tolydžiąja erdvės ir laiko funkcija). Jėgos sukelia kūno formos deformaciją. Deformacija gali lemti nuolatinį formos pasikeitimą arba konstrukcijos gedimą, jei medžiaga nėra pakankamai tvirta.
Kai kuriuose kontinuumo mechanikos modeliuose jėga laikoma kažkuo, kas gali kisti. Kituose modeliuose nagrinėjama materijos ir kietųjų kūnų deformacija, nes materijos ir kietųjų kūnų savybės yra trimatės. Kiekvienas požiūris gali duoti skirtingus rezultatus. Klasikiniuose kontinuumo mechanikos modeliuose daroma prielaida apie vidutinę jėgą ir tinkamai neįtraukiami "geometriniai veiksniai". (Kūno geometrija gali būti svarbi tam, kaip pasiskirsto įtempiai ir kaip kaupiasi energija veikiant išorinei jėgai).
1.1 pav. Įtampa apkrautame deformuojamame medžiaginiame kūne, laikomame kontinuumu.
1.2 paveikslas Ašiniai įtempiai ašine apkrova apkrautame prizminiame strype.
1.3 pav. Normalinis įtempis prizminiame (vienodo skerspjūvio ploto tiesiame) strype. Įtempių arba jėgų pasiskirstymas strypo skerspjūvyje nebūtinai yra tolygus. Tačiau vidutinis normalinis įtempis σ a v g {\displaystyle \sigma _{\mathrm {avg} }\,\! }
galima naudoti.
1.4 paveikslas Šlyties įtempiai prizminiame strype. Įtempių arba jėgų pasiskirstymas strypo skerspjūvyje nebūtinai yra tolygus. Nepaisant to, vidutinis šlyties įtempis τ a v g {\displaystyle \tau _{\mathrm {avg} }\,\! }
yra pagrįstas aproksimacijos variantas.
Šlyties įtempiai
Daugiau informacijos: Šlyties įtempiai
Paprasti įtempimai
Kai kuriais atvejais objekte esantį įtempį galima apibūdinti vienu skaičiumi arba vienu vektoriumi (skaičiumi ir kryptimi). Trys tokios paprastos įtempių situacijos yra vienašiai normaliniai įtempiai, paprasti šlyties įtempiai ir izotropiniai normaliniai įtempiai.
Vienašiai normaliniai įtempiai
Tempimo įtempimas (arba įtempimas) - tai įtempimo būsena, dėl kurios medžiaga plečiasi, t. y. jos ilgis didėja tempimo kryptimi. Medžiagos tūris išlieka pastovus. Kai kūną veikia lygios ir priešingos jėgos, tai dėl šios jėgos atsiradęs įtempimas vadinamas tempimo įtempimu.
Todėl vienašėje medžiagoje ilgis didėja tempimo įtempimo kryptimi, o kitomis dviem kryptimis mažėja. Vienašio įtempimo būdu tempimo įtempius sukelia traukos jėgos. Tempimo įtempiai yra priešingi gniuždymo įtempiams.
Tiesiogiai įtempti konstrukciniai elementai yra lynai, grunto inkarai ir vinys, varžtai ir t. t. Lenkimo momentų veikiamos sijos gali būti įtemptos tiek tempimo, tiek gniuždymo ir (arba) šlyties įtempių.
Tempimo įtempį galima didinti tol, kol pasiekiamas tempimo stipris, t. y. ribinis įtempio būvis.
Įtampa vienmačiuose kūnuose
Visi realūs objektai užima trimatę erdvę. Tačiau jei du matmenys yra labai dideli arba labai maži, palyginti su kitais, objektas gali būti modeliuojamas kaip vienmatis. Tai supaprastina objekto matematinį modeliavimą. Vienmatis objektas yra vielos gabalas, kurio galai apkrauti ir į kurį žiūrima iš šono, ir metalo lakštas, kurio paviršius apkrautas ir į kurį žiūrima iš arti ir per skerspjūvį.
Susiję puslapiai
- Įtampa
- Lenkimas
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra stresas?
A: Įtampa - tai ploto vienetui tenkanti jėga, veikianti kūną ir verčianti jį keisti formą. Tai kūno vidinių jėgų tarp jo dalelių matas ir vidutinė ploto vienetui tenkanti jėga, kuria kūno dalelė veikia gretimą dalelę per įsivaizduojamą jas skiriantį paviršių.
K: Kaip išorinės jėgos veikia įtempimą?
Atsakymas: Išorinės jėgos yra paviršiaus arba kūno jėgos, jos sukelia kūno formos deformaciją, kuri gali lemti negrįžtamą formos pasikeitimą arba struktūrinį gedimą, jei medžiaga nepakankamai tvirta.
K: Kokia yra vienašio normalinio įtempio formulė?
A: Vienašio normalinio įtempio formulė yra tokia: σ = F/A, kur σ yra įtempis, F - jėga, o A - paviršiaus plotas. SI vienetais jėga matuojama niutonais, o plotas - kvadratiniais metrais, todėl įtempimas būtų niutonai kvadratiniame metre (N/m2). Tačiau egzistuoja savas SI įtempių matavimo vienetas paskalis (Pa), kuris lygus 1 N/m2. Imperijos vienetais jis būtų matuojamas svarais jėgos kvadratiniam colyje (psi).
Klausimas: Ką tęstinumo mechanika numato apie jėgą?
A: Klasikiniuose kontinuumo mechanikos modeliuose daroma prielaida apie vidutinę jėgą ir tinkamai neįvertinami geometriniai veiksniai, t. y. neatsižvelgiama į tai, kokią įtaką geometrija turi energijos kaupimuisi veikiant išorinei jėgai.
K: Kaip skirtingi modeliai gali duoti skirtingus rezultatus nagrinėjant materijos ir kietųjų kūnų deformacijas?
A: Skirtinguose modeliuose skirtingai nagrinėjama materijos ir kietųjų kūnų deformacija, nes materijos ir kietųjų kūnų savybės yra trimatės, todėl kiekviename modelyje atsižvelgiama į skirtingus aspektus, o tai gali lemti skirtingus rezultatus.
Klausimas: Kaip tolydumo mechanikoje traktuojami apkrauti deformuojamieji kūnai?
A. Tęstinė mechanika deformuojamus kūnus traktuoja kaip kontinuumus, t. y. vidinės jėgos tolygiai pasiskirsto materialiojo kūno tūryje, o ne koncentruojasi tam tikruose taškuose, kaip klasikiniuose modeliuose.
