مقاومت مواد

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از مکانیک مواد)
پرش به: ناوبری، جستجو

مقاومت مواد یا مقاومت مصالح (به انگلیسی: Strength of materials) بخشی از علم مواد است که به مطالعهٔ استحکام مواد مهندسی و رفتار مکانیکی آن‌ها در حالت کلی (مانند تنش، کرنش، تغییر شکل و رابطه‌های میان تنش و کرنش) می‌پردازد. هدف اصلی از درس مقاومت مصالح فراهم کردن دست مایه ای است که مهندسان آینده بتوانند با استفاده از آن ماشینهای گوناگون و سازه های باربر را تحلیل و طراحی کنند.تحلیل و طراحی هر سازه ی معلوم شامل محاسبه تنش ها و تغییر شکلهاست. در علم مواد ، مقاومت یک ماده عبارتست از توانایی آن دراستقامت ورزیدن (تحمل کردن) در برابر بار اعمالی بدون شکست است.

یک ماده بارگذاری شده به صورت الف) فشاری ب) کششی ج) برشی

مفهوم تنش[ویرایش]

این بخش به مفهوم تنش و به معرفی روشهای مورد استفاده برای تحلیل و طراحی ماشینها و سازه ها باربر اختصاص داشت. نیروی وارد بر سطح ، یا شدت نیروهای توزیع شده روی یک مقطع را تنش وارد بر آن مقطع می نامند آن را با حرف یونانی σ (سیگما) نشان می دهند.بنابراین تنش در عضوی که مساحت سطح مقطع اش A و تحت تأثیر بار محوری P باشد بصورت σ=F/A بیان می شود.

بارگذاری محوری و تنش عمودی[ویرایش]

باگذاری محوری به نیروهای اعمال شده در راستای محور طولی عضو گفته می شود، به عبارت دیگر نیروهایی که باعث دراز یا کوتاه شدن عضو می شود.به معادله σ=F/A تنش عمودی گفته می شود که در آن F بارگذاری محوری بروی سطح مقطع A است . این معادله نشان دهنده ی تنش میانگین روی مقطع است و نه تنش در یک نقطه خاص مانند Q از مقطع. به طور کلی ، مقدار به دست آمده برای تنش σ در نقطه ی Q با مقدار تنش میانگین حاصل از معادله σ=F/A فرق دارد.اما در عمل فرض می شود توزیع تنش های عمودی در عضو تحت بارگذاری محوری در مجاورت نقاط اعمال بار ها یکنواخت است.برای اینکه توزیع تنشها در مقطه معینی یکنواخت باشد، لازم است خط اثر بارهای عمودی از مرکز جرم مقطع بگذرد. چنین بار گذاری را بارگذاری محوری مرکزی می نامند. در بارگذاری محوری خارج از مرکز، توزیع تنشها یکنواخت نیست.

انواع تنش عمودی[ویرایش]

تنش فشاری[ویرایش]

حالتی از تنش است ناشی از بار اعمال شده که منجر به کاهش طول ماده (عضو تحت فشار ) در امتداد محور می شود ، به عبارت دیگر حالتی از تنش که موجب فشردن ماده می شود.یک مورد ساده از فشار، فشار تک محوری شامل نیروهای مخالف در حال فشار دادن است.. مقاومت فشاری برای مواد به طور کلی بزرگتر از استحکام کششی شان است. با این حال سازه های بارگذاری شده تحت فشارهستند،در معرض حالت های شکست دیگری مانند کمانش که وابسته به هندسه عضو می باشد ، هستند.

تنش کششی[ویرایش]

حالتی ازتنش است باعث می شودکه بار اعمال شده تمایل به کشیدن ماده در امتداد محور بار اعمال شده ایجاد کند،به عبارت دیگر، تنشی که باعث کشیده شدن ماده می شود.استحکام سازه هایی که دارای سطح مقطعی که به صورت کششی بارگذاری شده است مستقل از شکل مقطع است.موادی که به صورت کششی بار گذاری شده اند مستعد تمرکز تنش به دلایلی از جمله نقص ماده یا تغییر ناگهانی در هندسه هستند.با این حال،در نمایش رفتار مواد شکل پذیر (برای مثال اکثر فلزات) می توانند برخی از نواقص را تحمل کنند در حالی که مواد ترد (مثل سرامیک) می توانند استحکام نهایی ماده بسیار خوبی در شکست داشته باشند.

بارگذاری عرضی و تنش برشی[ویرایش]

وقتی به یک عضو نیروهای عرضی مساوی و مخاف به مقدار P وارد شوند روی هر مقطع واقع بین نقاط اثر دو نیرو تنش های برشی برشی τ ایجاد می شود. این تنش ها روی هر مقطع تغییر زیادی می کنند، و نمی توان توزیع آنها را یکنواخت فرض کرد.با وجود این تنش برشی میانگین رو مقطع به صورت τ=P/A تعریف می شود.

انواع برش[ویرایش]

برش ساده[ویرایش]
برش مضاعف[ویرایش]

تنش تکیه گاهی[ویرایش]

پیچها، پینهاو پرچها در عضوهایی که به هم متصل می شوند در امتداد سطح تکیه گاهی یا سطح تماس نیز تنشهایی ایجاد می کنند.از آنجا که توزیع این تنشها بسیار پیچیده است در عمل از مقدار تنش میانگین اسمی σ که آنرا تنش تکیه گاهی می نامند استفاده می شود.این تنش از تقسیم بار P بر مساحت مستطیل حاصل از تصویر کردن پیچ بر مقطع ورق به دست می آید . ضخامت این ورق را با t و قطر ورق رابا d نشان می دهیم.σ=P/A=P/td

تنش تحت بار گذاری کلی[ویرایش]

بارگذاری ها[ویرایش]

  • بارگذاری عرضی: نیروهایی که عمود بر محور طولی عضو اعمال می شود. بار گذاری عرضی موجب خمش و انحراف عضو از موقعیت اصلی خود با کشش داخلی و کرنش های فشاری به همراه تغییر در انحنای عضو می شود. بارگذاری عرضی نیز حاوی نیروهای برشی که باعث تغییر شکل برشی ماده و افزایش انحراف عرضی عضو است نیز می باشد.
  • باگذاری محوری: نیروهای اعمال شده در راستای محور طولی عضو می باشد. نیروهایی که باعث دراز یا کوتاه شدن عضو می شود.
  • بارگذاری پیچشی: عمل تابیدگی ناشی از یک جفت نیرو کوپل خارجی اعمال شده به طور مساوی و مخالف جهت هم ایجاد شده روی صفحه های موازی است یا توسط یک تک کوپل خارجی اعمال شده به یک عضو است که یک انتهای ثابت در برابر چرخش دارد، ایجاد می شود.

انواع استحکام[ویرایش]

  • استحکام تسلیم کمترین تنشی است که تغییر شکل دائمی در ماده ایجاد می کند.در بعضی از مواد، مانند آلیاژهای آلومینیوم، شناسایی نقطه تسلیم سخت است . پس آن معمولا به عنوان تنشی که دراثر %0.2 کرنش پلاستیک مورنیازاست تعریف می شود.
  • استحکام فشاری
  • استحکام کششی
  • استحکام خستگی
  • استحکام ضربه ای

کرنش ها(تغییر شکل ها)[ویرایش]

  • تغییر شکل
  • کرنش
  • خیز

روابط تنش - کرنش[ویرایش]

  • الاستیسیته
  • پلاستیسیته یا پلاستیک

منابع[ویرایش]

  • Popov, Egor P., Engineering Mechanics of Solids, Prentice Hall, Englewood Cliffs, N. J., 1990, ISBN 0-13-279258-3
  • S. Timoshenko (1983) . Strength of Materials, Part 1 and Part 2 (3th ed.) . R. E. Krieger Publishing Company. ISBN 978-0898746211