Pinge (mehaanika)
Stress on kehale mõjuv jõud pindalaühiku kohta, mis põhjustab selle kuju muutumist.
Pinged on kehas sisemiste jõudude mõõtmine selle osakeste vahel. Need sisemised jõud on reaktsioon kehale rakendatavatele välistele jõududele, mis põhjustavad keha eraldumist, kokkusurumist või libisemist. Välised jõud on kas pindmised jõud või keha jõud. Pinge on keskmine jõud pindalaühiku kohta, mida keha üks osakese avaldab naaberosakesele üle neid eraldava kujuteldava pinna.
Üheksiaalse normaalpinge valem on:
σ = F A {\displaystyle {\sigma }={\frac {F}{A}}} 
kus σ on pinge, F on jõud ja A on pindala.
SI-ühikutes mõõdetakse jõudu njuutonites ja pindala ruutmeetrites. See tähendab, et pinge on njuutonid ruutmeetri kohta ehk N/m2 . Pingel on aga oma SI-ühik, mida nimetatakse paskaliks. 1 paskal (sümbol Pa) on võrdne 1 N/m2 . Imperiali mõõtühikutes mõõdetakse pinget naelades ruuttolli kohta, mida sageli lühendatakse "psi". Rõhu mõõde on sama, mis rõhu mõõde.
Kontinuumiga mehaanikas käitub koormatud deformeeruv keha nagu kontinuum. Seega jagunevad need sisemised jõud pidevalt materiaalse keha ruumala sees. (See tähendab, et pingejaotus kehas väljendub tükeldatud pideva funktsioonina ruumis ja ajas). Need jõud põhjustavad keha kuju deformatsiooni. Deformatsioon võib viia püsiva kuju muutumiseni või konstruktsiooni purunemiseni, kui materjal ei ole piisavalt tugev.
Mõned kontinuumimehaanika mudelid käsitlevad jõudu kui midagi, mis võib muutuda. Teised mudelid vaatlevad aine ja tahkete kehade deformatsiooni, sest aine ja tahkete kehade omadused on kolmemõõtmelised. Iga lähenemisviis võib anda erinevaid tulemusi. Klassikalised kontinuumimehaanika mudelid eeldavad keskmist jõudu ja ei arvesta korralikult "geomeetrilisi tegureid". (Keha geomeetria võib olla oluline selle jaoks, kuidas pinge jaguneb ja kuidas energia koguneb välise jõu rakendamise ajal).
Joonis 1.4 Nihkepinge prismaatilises vardas. Pinge või jõu jaotumine varda ristlõikes ei ole tingimata ühtlane. Sellegipoolest on keskmine nihkepinge τ a v g {\displaystyle \tau _\mathrm {avg} }\,\! }
on mõistlik lähendus.
Joonis 1.3 Normaalpinge prismaatilises (ühtlase ristlõike pindalaga sirge) vardas. Pinge või jõu jaotumine varda ristlõikes ei pruugi olla ühtlane. Kuid keskmine normaalpinge σ a v g {\displaystyle \sigma _\mathrm {avg} }\,\! }
võib kasutada.
Joonis 1.1 Pinged koormatud deformeeruvas materjalikehas, mida eeldatakse kontinuumina.
Joonis 1.2 Aksiaalpinge aksiaalselt koormatud prismaatilises vardas.
Nihkepinge
Täiendav teave: Nihkepinge
Lihtsad pinged
Mõnes olukorras saab objekti sisemist pinget kirjeldada ühe arvu või ühe vektoriga (arv ja suund). Kolm sellist lihtsat pingeolukorda on üheteljeline normaalpinge, lihtne nihkepinge ja isotroopne normaalpinge.
Üheksiaalne normaalpinge
Tõmbepinged (või pinged) on pingeseisund, mis viib pikenemiseni, st materjali pikkus kipub suurenema tõmbesuunas. Materjali maht jääb samaks. Kui kehale rakendatakse võrdseid ja vastandlikke jõude, siis nimetatakse sellest jõust tulenevat pinget tõmbepingeks.
Seetõttu suureneb ühe teljevahega materjalis pikkus tõmbepinge suunas ja teised kaks suunda vähenevad. Üheksiaalsel viisil tõmbepinget tekitavad tõmbepinged tõmbejõud. Tõmbepinged on survetugevuse vastandiks.
Otsepinge all olevad konstruktsioonielemendid on trossid, mullaankrud ja naelad, poldid jne. Paindemomendile allutatud talad võivad sisaldada nii tõmbe- kui ka survetugevust ja/või nihkepinget.
Tõmbepinget võib suurendada kuni tõmbetugevuse saavutamiseni, s.o pingete piirseisundini.
Pinged ühemõõtmelistes kehades
Kõik reaalsed objektid asuvad kolmemõõtmelises ruumis. Kui aga kaks mõõdet on teistega võrreldes väga suured või väga väikesed, võib objekti modelleerida ühemõõtmelisena. See lihtsustab objekti matemaatilist modelleerimist. Ühemõõtmeliste objektide hulka kuuluvad näiteks otsadest koormatud ja küljelt vaadeldav traaditükk ning küljelt koormatud ja lähedalt ja ristlõike kaudu vaadeldav metallplaat.
Seotud leheküljed
- Tension
- Painutamine
Küsimused ja vastused
K: Mis on stress?
V: Stress on kehale mõjuv jõud pindalaühiku kohta, mis põhjustab selle kuju muutumist. See on keha osakeste vaheliste sisemiste jõudude mõõt ja on keskmine jõud pindalaühiku kohta, mida üks keha osakese osake avaldab naaberosakesele üle neid eraldava kujuteldava pinna.
K: Kuidas välised jõud mõjutavad pinget?
V: Välised jõud on kas pindmised jõud või keha jõud ja need põhjustavad keha kuju deformatsiooni, mis võib viia püsiva kuju muutumiseni või konstruktsiooni purunemiseni, kui materjal ei ole piisavalt tugev.
K: Milline on ühe telje normaalse pinge valem?
V: Üheksiaalse normaalpinge valem on σ = F/A, kus σ on pinge, F on jõud ja A on pindala. SI-ühikutes mõõdetakse jõudu njuutonites ja pindala ruutmeetrites, mis tähendab, et pinge on njuutonid ruutmeetri kohta (N/m2). Siiski on olemas oma SI-ühik pinge jaoks, mida nimetatakse paskaliks (Pa), mis on võrdne 1 N/m2 . Imperiali mõõtühikutes mõõdetakse seda naelsterlingis ruuttolli kohta (psi).
K: Mida eeldab kontinuumimehaanika jõu kohta?
V: Klassikalised kontinuumimehaanika mudelid eeldavad keskmist jõudu ja ei arvesta nõuetekohaselt geomeetrilisi tegureid - see tähendab, et nad ei võta arvesse, kuidas geomeetria mõjutab seda, kuidas energia välise jõu rakendamise ajal kuhjub.
K: Kuidas võivad erinevad mudelid anda erinevaid tulemusi aine ja tahkete kehade deformatsiooni käsitlemisel?
V: Erinevad mudelid vaatlevad aine ja tahkete kehade deformatsiooni erinevalt, sest aine ja tahkete kehade omadused on kolmemõõtmelised - seega võtab iga lähenemisviis arvesse erinevaid aspekte, mis võib viia erinevate tulemusteni.
K: Kuidas käsitletakse kontinuummehaanikas koormatud deformeeruvaid kehi?
V: Kontinuummehaanika käsitleb koormatud deformeeruvaid kehi kui kontinuaale - see tähendab, et sisemised jõud jaotuvad pidevalt materiaalse keha mahus, mitte ei ole koondunud teatud punktidesse, nagu klassikaliste mudelite puhul.
