Różnica między naprężeniem a odkształceniem

Główna różnica – naprężenie vs. odkształcenie

Gdy siły odkształcające działają na obiekt, mogą zmienić jego kształt. Główna różnica między naprężeniem a odkształceniem polega na tym, że naprężenie mierzy siłę odkształcającą na jednostkę powierzchni obiektu, podczas gdy odkształcenie mierzy względną zmianę długości spowodowaną przez siłę odkształcającą.

Co to jest naprężenie

Gdy siła próbuje odkształcić obiekt, mówimy, że obiekt jest pod naprężeniem. Naprężenie jest definiowane jako siła deformująca na jednostkę powierzchni obiektu. Ponieważ każdą siłę działającą na obiekt możemy podzielić na kierunki równoległe i prostopadłe do powierzchni, definiujemy naprężenie normalne jako równe sile prostopadłej do powierzchni na jednostkę powierzchni. Analogicznie definiujemy naprężenie ścinające jako siłę równoległą do powierzchni na jednostkę powierzchni. Jeżeli siła działająca na powierzchnię wynosi $F$ , a pole powierzchni $A$ , to naprężenie $sigma$ jest dana wzorem:

$sigma=frac{F}{A}$

Naprężenie ma takie same wymiary jak ciśnienie, więc jednostkami stosowanymi do pomiaru naprężeń są również N m-2 lub Pa (1 Pa=1 N m-2). Gdy siły działają w celu wydłużenia materiału, naprężenie jest określane jako naprężenie rozciągające. Kiedy siły próbują ściskać materiał, naprężenie jest określane jako naprężenie ściskające.

Co to jest odkształcenie

Odkształcenie mierzy wielkość względnego odkształcenia spowodowanego przez siłę działającą na obiekt. Dla uproszczenia rozważymy tu tylko odkształcenie normalne, wywołane przez naprężenie normalne. Załóżmy, że pierwotna długość obiektu wynosi $l_0$ , a w wyniku naprężenia długość zmienia się na $l_1$ . Zmiana długości wynosi $delta l=l_1-l_0$ . Odkształcenie $epsilon$ jest więc dane przez,

$epsilon =frac{Delta l}{l_0}$

Ponieważ odkształcenie jest dane przez ułamek, w którym zarówno licznik jak i mianownik mają jednostki długości, samo odkształcenie nie ma jednostek. tzn. jest „wielkością bezwymiarową”. Często spotyka się odkształcenie wyrażone w procentach.

Krzywa naprężenia i odkształcenia

Możemy narysować wykres tego, jak zmienia się odkształcenie w ciele, gdy zmieniamy naprężenie działające na obiekt (można to zrobić, na przykład, dodając ciężarki). Wykresy te, zwane krzywymi naprężenia w funkcji odkształcenia, ujawniają wiele informacji o naturze materiału, z którego wykonany jest obiekt. Poniższy rysunek przedstawia typową krzywą naprężenie-odkształcenie dla materiału plastycznego („plastyczny” oznacza, że materiał można dobrze rozciągnąć):

Różnica między naprężeniem a odkształceniem - Stress_vs_Strain_Curve_for_a_ductile_material

Krzywa naprężenie-odkształcenie dla materiału plastycznego

Nachylenie obszaru sprężystego krzywej nazywa się modułem Younga. Jest to bardzo ważna liczba dla inżynierów materiałowych, ponieważ określa ona, jak duże odkształcenie zostanie wywołane przez dane naprężenie w materiale.