Dapatkah Anda dengan jelas membedakan konsep dan perbedaan antara gaya internal, tegangan, dan regangan? Ayo lihat semuanya hari ini.
1. Konsep gaya dalam
1. Definisi
Gaya dalam mengacu pada gaya interaksi (gaya dalam tambahan) antara bagian-bagian yang berdekatan dalam suatu benda yang disebabkan oleh gaya luar. Gaya yang diberikan pada batang oleh dunia luar disebut gaya eksternal.
Setiap benda terdiri dari partikel yang tak terhingga jumlahnya, ada gaya interaksi antara dua partikel yang berdekatan dalam komponen, dan besarnya gaya terkait dengan posisi relatif partikel. Ketika sebuah benda dikenai gaya eksternal, benda tersebut berubah bentuk, posisi relatif partikel internalnya berubah, dan gaya interaksi di antara mereka juga berubah. Kami menyebut perubahan gaya yang dihasilkan oleh gaya eksternal sebagai gaya internal tambahan, atau singkatnya gaya internal.
2. Metode perhitungan metode penampang gaya dalam
Jelas, gaya internal ada di dalam komponen. Jika Anda ingin menyelesaikan kekuatan internal, Anda harus mengekspos kekuatan internal. Dengan cara ini, kami menggunakan metode penampang untuk menyelesaikan posisi penampang gaya dalam sesuai dengan kebutuhan. Secara hipotetis memotong bagian, anggota asli seimbang, dan setiap bagian setelah pemotongan juga seimbang, yaitu setiap bagian di kedua sisi bagian berada dalam keadaan seimbang di bawah aksi gaya eksternal dan gaya internal pada bagian tersebut. Oleh karena itu, Anda dapat mengambil sisi manapun dari penampang, mempelajari kondisi kesetimbangannya, membuat persamaan keseimbangan, dan menyelesaikan gaya dalam pada penampang. Langkah-langkah spesifik untuk menyelesaikan bagian tersebut adalah sebagai berikut.
Potongan hipotetis: Pada penampang di mana gaya internal dicari (biasanya penampang), batang imajiner dibagi menjadi dua oleh penampang.
Pergantian: Ambil bagian secara sewenang-wenang, dan efek dari bagian yang dibuang pada bagian yang tersisa diganti dengan gaya internal yang sesuai (gaya atau pasangan gaya) yang bekerja pada bagian tersebut.
Keseimbangan: Tetapkan persamaan keseimbangan untuk bagian yang tersisa, dan hitung gaya dalam batang yang tidak diketahui pada permukaan potong berdasarkan gaya luar yang diketahui di atasnya (pada saat ini, gaya dalam pada permukaan potong adalah kekuatan eksternal untuk bagian yang tersisa). Menurut asumsi dasar keseragaman dan kontinuitas, gaya arbitrer harus didistribusikan secara terus-menerus pada penampang setelah pemotongan, dan terdapat gaya dalam di setiap titik pada penampang, tetapi hanya ada enam kondisi kesetimbangan untuk sistem gaya arbitrer di ruang, dan kita tidak bisa menyelesaikan semuanya. Kekuatan internal dari setiap titik. Menurut penyederhanaan sistem gaya, kita menyederhanakan setiap sistem gaya dari gaya dalam ini ke suatu titik penampang, biasanya ke pusat penampang, dan memperoleh vektor utama dan momen utama, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah.
Dengan mengambil pusat penampang sebagai titik asal, buat sistem koordinat Cartesian seperti yang ditunjukkan pada gambar, sumbu x tegak lurus terhadap penampang, yaitu sepanjang sumbu batang, dan sumbu y dan z -sumbu berada di bidang bagian. Menguraikan vektor utama ke tiga sumbu koordinat dapat memperoleh tiga komponen: gaya aksial sepanjang sumbu x, dan gaya geser sepanjang sumbu y dan sumbu z.
gambar
Dekomposisi momen utama sepanjang tiga sumbu koordinat menghasilkan tiga komponen: torsi sepanjang sumbu x, momen lentur sepanjang sumbu y dan sumbu z.
Kita juga menyebut enam komponen ini sebagai gaya dalam, tetapi perlu dicatat bahwa enam komponen ini adalah resultan gaya atau momen dari gaya dalam. Penyelesaian gaya dalam batang selanjutnya adalah mencari gaya aksial, gaya geser, torsi dan momen lentur, karena gaya dalam ini sesuai dengan deformasi dasar batang: deformasi tarik dan tekan, deformasi geser, deformasi torsional, deformasi lentur .
2. Konsep stres
Stres adalah konsentrasi distribusi gaya internal (tegangan adalah untuk "titik" tertentu, ketika kita ingin menggambarkan tegangan suatu titik, kita harus menunjukkan posisi titik ini dan orientasi bidang yang melewati titik ini), untuk menggambarkan tekanan suatu titik pada bagian , ambil DA mikro-area di sekitar titik ini, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Gaya resultan dari sistem gaya dalam pada daerah mikro ini adalah DF. Karena luas ini cukup kecil, kita asumsikan bahwa gaya internal terdistribusi secara merata, maka kita dapat memperoleh tegangan rata-rata, dan kemudian mengambil batas tegangan rata-rata untuk mendapatkan tegangan total atau tegangan total titik ini , arah titik tegangan total berubah dengan posisi titik yang dipilih. Jelas, tegangan total adalah vektor, dan hubungan antara arahnya dan bagiannya berubah-ubah. Kami kemudian menguraikan tegangan total menjadi dua komponen, satu disebut tegangan normal tegak lurus terhadap penampang, dan yang lainnya disebut tegangan geser yang bersinggungan dengan penampang.
berarti stres
tegangan total (tekanan total)
Tegangan total diuraikan menjadi: tegangan yang tegak lurus terhadap penampang disebut "tegangan normal", dan tegangan di dalam penampang disebut "tegangan geser".
Satuan tegangan : Pa, biasanya digunakan : MPa, GPa.
3. Perpindahan, deformasi dan regangan
1. Perpindahan
Perubahan posisi suatu titik pada benda sebelum dan sesudah deformasi, perpindahan dalam mekanika material memiliki perpindahan linier dan perpindahan sudut. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, gaya terpusat diterapkan pada ujung bebas balok kantilever, dan balok tersebut membengkok dan berubah bentuk. Jika kita memeriksa perpindahan bagian tertentu, seperti perpindahan ujung bebas, jelas bahwa titik pusat penampang akan mengalami perpindahan ke bawah, menghasilkan perpindahan linier, dan pada saat yang sama, arah normal dari bagian juga akan berubah, yaitu bagian akan berputar, menghasilkan perpindahan sudut. pemindahan.
2. Deformasi
Perubahan ukuran dan bentuk suatu objek di bawah aksi gaya eksternal.
3. Saring
Untuk mengukur tingkat deformasi pada suatu titik komponen, regangan juga untuk "titik" tertentu.
(1) Regangan linier (mengukur derajat perubahan ukuran suatu titik pada suatu objek).
Seperti yang ditunjukkan pada gambar, kita memeriksa sembarang titik A dalam komponen, dan mengambil sembarang titik B di dekat titik A. Panjang AB adalah Dx. Komponen berubah bentuk di bawah aksi gaya eksternal, dan kedua titik A dan B dipindahkan ke posisi baru. Jarak antara menjadi Dx ditambah Ds, dengan asumsi bahwa deformasi seragam dalam kisaran Dx, regangan linier rata-rata dapat diperoleh
Kami mengambil batas rumus di atas untuk mendapatkan regangan garis di titik A
Untuk soal bidang, persegi panjang kecil ditunjukkan pada gambar, dan garis aksi gaya eksternal menjadi persegi panjang yang ditunjukkan oleh garis putus-putus (ukurannya berubah). Jika deformasi seragam dalam rentang Dx dan Dy, ada garis rata-rata sepanjang regangan arah x dan y.
gambar
Ambil limit masing-masing untuk mendapatkan regangan linier pada arah x dan y
gambar
(2) Regangan sudut (mengukur derajat perubahan bentuk suatu titik pada suatu benda) disebut juga regangan geser atau regangan geser.
Didefinisikan sebagai perubahan sudut siku-siku.
