Ứng suất là gì? Công thức tính ứng suất tiêu biểu nhất
Với những người làm trong ngành vật lý, xây dựng,.. đều biết đến khái niệm “ứng suất” nhưng hiểu về nó một cách kỹ càng thì có lẽ chưa nhiều người hiểu hết về nó. Hôm nay, chúng tôi sẽ cùng bạn tìm hiểu ứng suất là gì? Công thức tính ứng suất như thế nào? Đừng bỏ qua bài dưới đây, nó sẽ giúp ích cho bạn đấy.
Mục lục bài viết
Ứng suất là gì?
Ứng suất là đại lượng vật lý thể hiện nội lực và được phát sinh bên trong một vật thể biến dạng do tác động của ngoại lực như nhiệt độ, trọng lượng,…
Người thợ hàn sử dụng hàn để nung nóng bất kỳ một vật nào với khoảng thời gian rất ngắn và đạt đến nhiệt độ cao. Sự phân bố nhiệt độ theo một phương thẳng góc với trục mối hàn sẽ khác nhau khi đó sự thay đổi về thể tích ở các vùng lân cận và các vật bị hàn sẽ sinh ra ứng suất.
Ứng suất và biến dạng mối hàn được sinh ra trong quá trình hàn là do một số nguyên nhân sau:
+) Do nhiệt độ nung nóng và làm nguội không đều nên dẫn đến sự phân bố nhiệt độ trên các vật bị hàn và độ dãn nở của chúng cũng không đồng đều. Do đó, đã làm cho mối hàn và các vùng lân cận sinh ra ứng suất. Chính việc tạo ra ứng suất đã làm cho vật hàn bị biến dạng.
+) Do độ co ngót của kim loại lỏng ở vùng hàn khi kết tinh.
+) Khi đông đặc thể tích kim loại sẽ bị giảm vì vậy sẽ sinh ra ứng suất ở trong liên kết hàn. Đặc biệt, quá trình giảm thể tích của kim loại khi đông đặc còn được gọi là co ngót.
+) Do sự thay đổi của kim loại với các mối hàn và vùng lân cận quanh mối hàn.
+) Chịu sự ảnh hưởng của nhiệt nên phần kim loại mối hàn và các vùng lân cận sẽ thay đổi tổ chức, vì vậy sẽ tạo nên ứng suất trong vật hàn. Đặc biệt là các thép hợp kim và thép cacbon.
Một số loại ứng suất
Người ta có thể chia ứng suất thành một số tiêu chí sau:
- Ứng suất theo phạm vi tác động: được chia làm 3 phạm vi
- Ứng suất theo hướng phân bố trong không gian: hướng 1 chiều theo chi tiết thanh; theo hướng 2 chiều bao gồm các chi tiết tấm và vỏ; theo hướng 3 chiều bao gồm các chi tiết có cả 3 chiều kích thước.
- Ứng suất theo hướng thời gian tồn tại: Ứng suất tức thời và ứng suất dư
- Ứng suất theo hướng tác động so với trục mối hàn: ứng suất trực được song song với trục mối hàn; ứng suất ngang thường vuông góc với trục mối hàn.
Công thức tính ứng suất
Cách tính ứng suất trung bình
Tính ứng suất trung bình hay chính là ta đi tính cường độ nội lực bằng công thức tính ứng suấtc như sau: σ=FA
Trong đó: σ là ứng suất, F là lực, A là diện tích bề mặt
Tìm hiểu một số ứng suất phổ biến trong cơ khí
Ứng suất uốn
Là ứng suất được sinh ra từ một chi tiết có tải trọng đặt nằm ngang với trục. Những tải trọng đó momen uốn trên chi tiết và tạo ra ứng suất uốn. Đại lượng này đạt cực đại trong mặt cắt ngang của chi tiết sẽ xuất hiện ở phần xa nhất tính từ trục trung hòa của mặt cắt.
Công thức tính ứng suất uốn lớn nhất là: σ= F.cA
Trong đó: F là độ lớn momen uốn tại mặt cắt; A là momen quán tính của mặt cắt ngang đối với trục trung hòa của nó; c là khoảng cách từ trục trung hòa đến mặt ngoài cùng của mặt cắt ngang.
Lưu ý: Độ lớn của ứng suất thay đổi theo tuyến tính trong mặt cắt ngang từ giá trị =0 tại trục trung hòa đến giá trị ứng suất kéo lớn nhất về một phía của trục. Khi đó ứng suất nén lớn nhất ở phía còn lại.
Ứng suất cắt
Là kết quả khi lực tác động lên vật mà gây ra biến dạng trượt của vật trên một mặt phẳng song song với hướng tác động của lực áp. Ví dụ người ta dùng kéo cắt một tấm vật liệu bằng tôn
Ứng suất cắt trực tiếp
Được sinh ra khi lực tác động có xu hướng cắt qua chi tiết như kéo hoặc dao. Hoặc khi chày và khuôn được dùng để đục một lỗ trên một tấm vật liệu.
Công thức tính ứng suất cắt trực tiếp:
- Ứng suất cắt trực tiếp = lực cắt/ diện tích chịu cắt = FÂ.S
- Ứng suất này được gọi là ứng suất cắt trung bình, tức là tính ứng suất phân bố đều trên diện tích mặt cắt.
Ứng suất pháp: kéo và nén
Là ứng suất được sinh ra khi sức cản bên trong của một diện tích đơn vị vật liệu ứng với tải trọng bên ngoài. Ứng suất pháp có 2 loại là kéo và nén.
Ứng suất của lực kéo/ nén đúng tâm= lực (kéo, nén)/ diện tích= FA
Bên cạnh đó còn một số ứng suất khác như ứng suất hữu hiệu, ứng suất xoắn, ứng suất đàn hồi, ứng suất trong các vật liệu như bê tông, thép, đáy móng,….
Như vậy, trên đây chúng tôi đã tổng hợp cho bạn những thông tin cơ bản về ứng suất và công thức tính ứng suất cho một số loại ứng suất tiêu biểu. Với bài viết này, hy vọng sẽ giúp ích cho bạn trong cách tính toán và xử lý độ bền của vật liệu.
Công thức tính ứng suất cắt trực tiếp
Ứng suất cắt trực tiếp sẽ xuất hiện khi lực tác dụng có xu hướng cắt qua chi tiết như kéo hoặc dao cắt hay khi chày và khuôn được dùng để đột một lỗ trên một tấm vật liệu nào đó.
Phương pháp tính ứng suất cắt trực tiếp tương tự giống với công thức tính ứng suất kéo vì khi đó lực tác dụng theo giả thiết được phân bố đều trên mặt cắt ngang chịu lực của chi tiết.
Công thức tính ứng suất cắt như sau:
Ứng suất cắt trực tiếp = lực cắt/ diện tích chịu cắt = FAS
Tên gọi chính xác hơn của ứng suất này là ứng suất cắt trung bình hay còn gọi là ứng suất phân bố đều trên diện tích cắt.
Công thức tính ứng suất gây lún
Dự tính độ lún ổn định của đất dựa trên kết quả của lý thuyết đàn hồi. Trong trường hợp đế móng vuông hoặc tròn, tải trọng phân bố đều thì độ lún của móng được tính bằng công thức tính ứng suất sau:
S = pb (1- ²) E
Trong đó:
- p: ứng suất gây lún
- b: chiều rộng móng (đường kính móng tròn)
- ω: hệ số phụ thuộc hình dạng, kích thước đáy móng
- ωo:hệ số để tính độ lún tại tâm móng mềm
- ωc: hệ số để tính độ lún tại góc móng mềm
- ωm: hệ số để tính độ lún trung bình của móng mềm
- ωconst: hệ số để tính độ lún tại tâm móng cứng
Biểu diễn các ứng suất trên một phân tố ứng suất
Một mục tiêu quan trọng của phân tích ứng suất là xác định điểm trên chi tiết mang tải có mức ứng suất cao nhất.
Bạn sẽ phát triển khả năng xây dựng một phân tố ứng suất, một khối lập phương vô cùng nhỏ trong vùng ứng suất cao của chi tiết, và chỉ ra các véctơ biểu diễn cho những loại ứng suất tồn tại trên phân tố đó.
Sự định hướng của thành phần ứng suất có tính quyết định, và nó được hướng theo các trục đã xác định trên phân tố, thường gọi là x, y, và z.
Hình 3-5 chỉ ra 3 ví dụ của các phân tố ứng suất với ba loại ứng suất cơ bản là: kéo, nén và tiếp. Cả dạng khối lập phương hoàn chỉnh và dạng hình vuông đơn giản biểu diễn các phân tố ứng suất đều được chỉ ra.
Hình vuông là một mặt của khối lập phương trong mặt được chọn. Các hình vuông biểu diễn hình chiếu vuông góc các mặt của khối lập phương xuống mặt được chọn. Đầu tiên bạn cần lưu ý khi thể hiện khối lập phương và sau đó biểu diễn một phân tố ứng suất vuông chỉ ra ứng suất trên một mặt riêng mà bạn cần.
Trong một số trường hợp, với trạng thái ứng suất tổng quát hơn, có thể yêu cầu hai hoặc ba phân tố ứng suất vuông để mô tả một trạng thái ứng suất hoàn chỉnh.
Ứng suất kéo và nén, gọi là ứng suất pháp; công thức tính ứng suất tác dụng vuông góc với mặt đối diện của phân tố ứng suất. Ứng suất kéo có xu hướng kéo phân tố, trong khi ứng suất nén có xu hướng nén nó.
Ứng suất tiếp tạo ra bởi cắt trực tiếp, lực cắt trên dầm, hoặc xoắn.
Từ khóa:
- Bài tập tính ứng suất
- Tính ứng suất pháp
- Công thức tính ứng suất cắt
- Công thức tính ứng suất tiếp xúc
- Công thức tính ứng suất kéo
- Công thức tính ứng suất pháp lớn nhất
- Công thức tính ứng suất uốn
- Đơn vị của ứng suất
Nội dung liên quan:
