تنش

تنش به عنوان جفت کنش-واکنش نیروهایی که در هر انتهای عناصر گفته شده وارد می شوند ، توصیف شود. کشش می تواند نقطه مقابل فشرده سازی باشد.

در سطح اتمی ، وقتی اتم ها یا مولکول ها از یکدیگر جدا شده و با وجود نیروی بازگردانی ، انرژی بالقوه به دست می آورند ، ممکن است نیروی بازگردانی چیزی را ایجاد کند که به آن تنش نیز گفته می شود. هر انتهای یک رشته یا میله تحت چنین کششی می تواند جسمی را که به آن متصل است بکشد ، تا رشته / میله را به طول آرام خود برگرداند.

در فیزیک ، تنش ، به عنوان یک نیروی منتقل شده ، به عنوان یک جفت کنش-واکنش ، یا به عنوان یک نیروی بازیابی ، ممکن است یک نیرو باشد و واحدهای نیرو را در نیوتن (یا گاهی نیروی پوند ) اندازه گیری کند . انتهای یک رشته یا کشش انتقال دهنده دیگر جسم در اهرمهایی که رشته یا میله به آنها متصل شده است ، در جهت رشته در نقطه اتصال اعمال می کند. به این نیروها در اثر تنش “نیروهای منفعل” نیز گفته می شود. برای سیستم اجسامی که توسط رشته ها نگهداری می شوند ، دو امکان اساسی وجود دارد:یا شتاب صفر است و بنابراین سیستم در تعادل است ، یا شتاب وجود دارد و بنابراین یک نیروی خالص وجود دارد. در سیستم وجود دارد.

  • تحلیل تیرها در بارگذاری محوری و خمشی – به همراه مثال

    در مباحث «تحلیل تنش‌های برشی در تیرهای مستطیلی»، «تحلیل تنش‌های برشی در تیرهای دایره‌ای»، «تحلیل تنش‌های برشی در تیرهای بال پهن» و «تحلیل تیرهای مرکب و جریان برش درون آن‌ها»، به بررسی وضعیت تنش‌های برشی و نحوه تعیین این تنش‌ها در تیرهای مختلف پرداختیم. در این مقاله، تنش‌های ناشی از اعمال همزمان بارهای محوری و خمشی بر روی تیرها را مورد ارزیابی قرار خواهیم داد. در انتها نیز به منظور آشنایی بهتر با نحوه به کارگیری روابط ارائه شده، یک مثال کاربردی را تشریح خواهیم کرد. اعمال همزمان بارهای محوری و خمشی عضوهای ساختاری اغلب تحت تأثیر همزمان بارهای خمشی و بارهای محوری قرار می‌گیرند. این شرایط معمولاً در تحلیل قاب‌های بدنه هواپیما، ستون‌های ساختمان، ماشین‌های صنعتی، قطعات کشتی و فضاپیماها قابل مشاهده است. اگر ضخامت عضوهای تحت بارگذاری خیلی کم نباشد، امکان محاسبه تنش‌های ترکیبی با استفاده از برهم‌نهی تنش‌های خمشی و محوری وجود خواهد داشت. به منظور آشنایی با نحوه روند تحلیل شرایط مذکور، تیر یکسر گیردار زیر را در نظر بگیرید. تنها بار موجود بر روی تیر، بار مورب P است که به مرکز هندسی آخرین سطح مقطع اعمال می‌شود. این بار را می‌توان به دو مؤلفه (یک بار جانبی Q و یک بار محوری S) تجزیه…

    بیشتر بخوانید »
  • مبانی تحلیل تیرهای کامپوزیتی – با مثال های کاربردی

    در مباحث «طراحی تیر در شرایط بارگذاری خمشی»، «تحلیل تیرهای غیر منشوری»، «تنش های نرمال موجود در تیرها» و دیگر مطالب مرتبط با تحلیل تیرها، به بررسی رفتار انواع مختلف تیر در شرایط بارگذاری متفاوت پرداختیم. در تمام مباحث مذکور، تیر مورد تحلیل تنها از یک ماده واحد ساخته شده بود. در این مقاله، شما را با مبانی تحلیل تنش‌های ناشی از اعمال بار بر روی تیرهای کامپوزیتی آشنا خواهیم کرد. در انتها نیز به منظور آشنایی بهتر با نحوه به کارگیری مفاهیم و روابط ارائه شده، به تشریح چند مثال کاربردی خواهیم پرداخت. تیرهای کامپوزیتی به تیرهایی که از دو یا چند ماده مختلف ساخته شده باشند، «تیرهای کامپوزیتی» (Composite Beams) گفته می‌شود. تیرهای «دوفلزی» (Bimetallical) مورد استفاده در ترموستات‌ها، لوله‌های دارای پوشش پلاستیکی، تیرهای چوبی دارای صفحات تقویت کننده فولادی، نمونه هایی از تیرهای کامپوزیتی هستند که تصویر آن‌ها در شکل زیر نمایش داده شده است. نمونه‌هایی از تیرهای کامپوزیتی: الف) تیر دوفلزی؛ ب) لوله دارای پوشش پلاستیکی؛ ج) تیر چوبی دارای صفحات تقویت کننده فولادی در سال‌های اخیر، انواع متعددی از تیرهای کامپوزیتی وارد صنعت شده‌اند. هدف اصلی از به کارگیری این تیرها، صرفه‌جویی در مواد مصرفی و کاهش وزن سازه‌ها است. «تیرهای ساندویچی» (Sandwich Beams) به…

    بیشتر بخوانید »
  • تحلیل خمش در تیرهای نامتقارن — به همراه مثال

    در مباحث قبلی مربوط به تحلیل خمش موجود در تیرها نظیر «طراحی تیر در شرایط بارگذاری خمشی»، «مبانی تحلیل تیرهای کامپوزیتی»، «روش مقطع معادل برای تحلیل تیرهای کامپوزیتی» و «تحلیل تیرهای دارای تقارن مضاعف تحت بارگذاری مورب»، سطح مقطع تیرهای مورد تحلیل را با فرض وجود حداقل یک محور تقارن مورد بررسی قرار دادیم. در این مقاله قصد داریم با حذف محدودیت مذکور، به تحلیل خمش تیرهای بدون محور تقارن یا اصطلاحاً «تیرهای نامتقارن» (Unsymmetric Beams) بپردازیم. تمرکز اصلی ما در مبحث حاضر بر روی تیرهای نامتقارن تحت خمش خالص خواهد بود. در انتها نیز به منظور آشنایی بهتر با نحوه به کارگیری مفاهیم و روابط ارائه شده، به تشریح چند مثال کاربردی خواهیم پرداخت. مبانی تحلیل تیرهای نامتقارن برای آشنایی با کلیت شرایط موجود در تحلیل خمش تیرهای نامتقارن، شکل زیر را در نظر بگیرید. این شکل، یک تیر نامتقارن را نمایش می‌دهد که سطح مقطع انتهایی آن در معرض گشتاور خمشی M قرار گرفته است. در اینجا می‌خواهیم مقدار تنش‌های موجود در این تیر و محل قرارگیری محور خنثی آن را مورد ارزیابی قرار دهیم. متأسفانه در این سطح از تحلیل، هیچ روش مستقیمی برای تعیین پارامترهای مذکور وجود ندارد. از این‌رو، به جای تعیین گشتاور خمشی و…

    بیشتر بخوانید »
  • تمرکز تنش چیست؟

    نیروها و تنش‌ها را می‌توان همانند تصویر زیر، به صورت جریانی درون مواد در نظر گرفت. در صورتی که شکل هندسی مواد ثابت نباشد و در قسمت‌های مختلف تغییر کند، خطوط جریان به هم نزدیک یا از یکدیگر دور می‌شوند تا نیرو یا تنش اعمال شده، متناسب با شکل جسم درون آن جای گیرند. اگر ناپیوستگی‌هایی از قبیل حفره یا شکاف درون ماده وجود داشته باشد، تنش از اطراف این ناپیوستگی‌ها جریان پیدا می‌کند و خطوط جریان در مجاورت آن‌ها فشرده می‌شود. در اثر فشردگی ناگهانی خطوط جریان، مقدار تنش در نواحی مذکور به شدت افزایش می‌یابد که به آن تمرکز تنش می‌گویند. (حقوق معنونی این تصویر متعلق به وبسایت MechaniCalc است.) در محاسبات، میزان تمرکز تنش با استفاده از پارامتری به نام فاکتور تمرکز تنش در نظر گرفته می‌شود. برای تعیین تنش در مجاورت یک ناپیوستگی، ابتدا باید تنش اسمی در آن ناحیه را به دست آورد و سپس با اعمال فاکتور تمرکز تنش مناسب، مقدار واقعی تنش را محاسبه کرد: σmax: تنش واقعی؛ σnom: تنش اسمی؛ K: فاکتور تمرکز تنش برای محاسبه تنش اسمی، باید مقدار تنش حداکثر در ناحیه مورد نظر را در نظر گرفت. به عنوان مثال، در شکل بالا باید از کوچک‌ترین سطح مقطع در…

    بیشتر بخوانید »
  • آشنایی کامل با مفهوم تنش — بخش اول: تاریخچه و مفاهیم اساسی

    در «مکانیک محیط‌های پیوسته» (Continuum Mechanics)، نیروهای داخلی اعمال شده توسط ذرات مجاور درون جسم به یکدیگر، به وسیله یک کمیت فیزیکی به نام «تنش» (Stress) بیان می‌شود. به عنوان مثال، در صورت اعمال فشار به مایع درون یک محفظه بسته نیز هر ذره توسط تمام ذرات دربرگیرنده خود تحت فشار قرار خواهد گرفت. به علاوه، طبق قانون سوم نیوتون، دیواره‌های محفظه و سطح اعمال کننده فشار (پیستون) نیز در برابر واکنش‌های ذرات از خود عکس العمل نشان خواهند داد. در یک مثال دیگر، اگر بر روی یک میله عمودی وزنه ای قرار داده شود، تمام ذرات درون میله به ذرات مجاور زیرین خود فشار وارد می‌کنند. در واقع، تمام این نیروهای ماکروسکوپی (قابل مشاهده)، نتیجه نهایی تعداد بسیار زیادی از نیروهای بین مولکولی و برخوردهای بین ذرات درون آن مولکول‌ها هستند. تنش، معمولاً با حرف کوچک یونانی سیگما (σ) نمایش داده می‌شود. کرنش داخلی درون یک نقاله پلاستیکی: این کرنش توسط تنش حاصل از شکل نقاله گسترش یافته است. یکی دیگر از کمیت‌های مهم در مکانیک محیط‌های پیوسته، «کرنش» (Strain) است. این کمیت معیاری برای تغییر شکل مواد به حساب می‌آید. مکانیسم‌های مختلفی از قبیل اعمال نیروی‌های خارجی (مانند تنش)، نیروی‌های داخلی (مانند جاذبه) یا نیروهای سطحی (مانند نیروی…

    بیشتر بخوانید »
  • تنش نرمال و کرنش نرمال — آموزش جامع

    تنش و کرنش به عنوان ابتدایی‌ترین مفاهیم مقاومت مصالح و مکانیک مواد به شمار می‌روند. در این مقاله، شما را یکی از ساده‌ترین انواع تنش و کرنش، یعنی تنش و کرنش نرمال آشنا خواهیم کرد. در ابتدا به تعریف برخی از مفاهیم اولیه در رابطه با مبحث تنش و کرنش نرمال می‌پردازیم: تنش: معیاری است که نسبت نیروهای داخلی یک ماده بر واحد سطح را بیان می‌کند. کرنش: معیاری است که میزان تغییر شکل یک ماده نسبت به شکل اولیه آن را بیان می کند. میله منشوری: یک عضو سازه‌ای مستقیم است که سطح مقطع آن در امتداد طولش تغییری نمی‌کند. نیروی محوری: نیروی است که با اعمال در راستای محور عضو، باعث ایجاد کشش (افزایش طول) یا فشار (کاهش طول) می‌شود. عضوهای سازه‌ای تحت بارهای محوری (میله یدک‌کش تحت کشش و میله متصل به ارابه فرود تحت فشار قرار دارد.) تنش نرمال به منظور بررسی نحوه عملکرد تنش نرمال در قطعات مختلف، میله یدک‌کش در تصویر بالا را به عنوان یک مثال در نظر می‌گیریم. سپس، بخشی از این میله را انتخاب کرده و نمودار جسم آزاد این بخش را صرف نظر از وزن آن رسم می‌کنیم (شکل زیر). در این حالت، تنها نیروی اعمال شده بر این میله، نیروی محوری…

    بیشتر بخوانید »
  • سیال غیر نیوتنی (Non Newtonian Fluid) — از صفر تا صد

    سیال غیر نیوتنی به سیالی مانند خون، رنگ و خامه گفته می‌شود که ویژگی‌های مختلف آن مانند ویسکوزیته، کاملا با سیال نیوتنی که توسط نیوتن معرفی شد، متفاوت است. نکته دیگری که باید به آن اشاره کرد، این است که در یک سیال غیر نیوتنی، معادلات مختلفی مانند معادلات ناویر استوکس که کاربرد زیادی در دینامیک سیالات محاسباتی دارند به شیوه متفاوتی اعمال و محاسبه می‌شوند. این مطلب ابتدا به صورت دقیق به بیان تفاوت میان سیال غیر نیوتنی و سیال نیوتنی می‌پردازد. در ادامه تعریف جامعی از سیالات غیر نیوتنی ارائه می‌شود و در انتها نیز انواع مختلف سیالات غیر نیوتنی با ذکر مثال و بیان دقیق ویژگی‌های آن‌ها، مورد بررسی قرار می‌گیرد. تفاوت سیال نیوتنی و سیال غیر نیوتنی در زندگی روزمره، دو سیال که همه ما به صورت عمده با آن‌ها سر و کار داریم، آب و هوا هستند. آب غلظت بیشتری نسبت به هوا دارد و به راحتی جریان می‌یابد و زمانی که در یک ظرف قرار می‌گیرد، به شکل ظرف خود در می‌آید. این سیالات به افتخار فیزیکدان و ریاضیدان معروف اسحاق نیوتون به نام «سیالات نیوتنی» (Newtonian Fluids) معروف هستند. یکی از دلایلی که دو سیال آب و هوا را به عنوان سیال نیوتنی…

    بیشتر بخوانید »
  • کرنش صفحه ای (Plane Strain) و معادلات تبدیل آن — آموزش جامع

    «کرنش صفحه‌ای» (Plane Strain)، حالتی است که در آن تمام مؤلفه‌های کرنش درون یک صفحه قرار می‌گیرند. این نوع کرنش هنگامی رخ می‌دهد که یکی از سه مؤلفه اصلی کرنش در المان مورد تحلیل برابر با صفر باشد. در این مقاله، شما را با مفهوم کرنش صفحه ای، تفاوت‌ها و شباهت‌های آن با تنش صفحه‌ای، کرنش‌های موجود بر روی مقاطع دوران‌یافته، معادلات تبدیل، نحوه اندازه‌گیری و حالت‌های خاص این نوع کرنش آشنا خواهیم کرد. در انتها نیز به تشریح چند مثال کاربردی خواهیم پرداخت. معادلات تبدیل کرنش‌های صفحه‌ای، کاربرد بسیار گسترده‌ای در تحقیقات آزمایشگاهی و ارزیابی سازه‌ها در هنگام اندازه‌گیری مقادیر کرنش دارند. کرنش‌های به وجود آمده در نمونه‌های آزمایشگاهی یا عضوهای سازه معمولاً با استفاده «استرین گِیج» (Strain Gauge) یا اصطلاحاً کرنش‌سنج اندازه‌گیری می‌شوند. به عنوان مثال، با قرار دادن کرنش‌سنج بر روی هواپیما، رفتار بخش‌های مختلف آن را در حین پرواز مورد بررسی قرار می‌گیرد. با نصب کرنش‌سنج بر روی ساختمان‌های مختلف نیز امکان ارزیابی اثرات زلزله بر روی این سازه‌ها فراهم می‌شود. هر یک از گیج‌های کرنش‌سنج، میزان کرنش در یک جهت خاص را اندازه‌گیری می‌کند. از این‌رو، به منظور تعیین کرنش‌های موجود در جهات دیگر باید از معادلات تبدیل استفاده کرد. در بخش‌های مختلف این مقاله،…

    بیشتر بخوانید »
  • پیش تنش و پیش کرنش در سازه های نامعین استاتیکی – از صفر تا صد

    اعمال بارهای خارجی بر روی یک سازه باعث ایجاد تنش و کرنش می‌شود. عوامل دیگری نظیر «اثرات حرارتی» (Thermal Effects) حاصل از تغییرات دما، «میس‌فیت» (Misfit) ناشی از عیب و نقص‌های سازه، «پیش‌کرنش» (Prestrain) ایجاد شده توسط تغییر شکل‌های اولیه، نشست یا حرکت تکیه‌گاه‌های سازه، بارهای اینرسی ناشی از حرکت شتاب‌دار و پدیده‌های طبیعی مانند زلزله نیز می‌توانند باعث ایجاد تنش و کرنش درون سازه‌ها شوند. اثرات حرارتی، عدم تطابق‌ها و پیش‌کرنش‌ها از موارد رایج در سیستم‌های مکانیکی و ساختمانی به شمار می‌روند. به علاوه، اهمیت این موارد در طراحی سازه‌های نامعین استاتیکی بیشتر از طراحی سازه‌های معین استاتیکی است. در مبحث «تاثیر تغییر دما روی تغییر طول سازه‌ها»، به بررسی اثرات حرارتی پرداختیم. در این مقاله شما را با مفاهیم میس‌فیت، پیش‌کرنش و پیش‌تنش آشنا خواهیم کرد. در انتها، علاوه بر معرفی پیچ‌ها و مهارکش‌ها (به عنوان قطعات مورد استفاده برای تغییر طول سازه)، نحوه تحلیل سازه‌های متشکل از این قطعات را نیز توضیح خواهیم داد. پیش‌کرنش و میس‌فیت فرض کنید که در طی فرآیند تولید قطعات، یکی از عضوهای سازه با طولی متفاوت نسبت به مقدار از پیش تعیین شده ساخته شود. در این شرایط، عضو مذکور به خوبی درون سازه قرار نخواهد گرفت و هندسه سازه با طراحی‌های صورت گرفته…

    بیشتر بخوانید »
  • مولفه های تنش روی صفحات مورب – آموزش جامع

    در مبحث «تغییر طول عضو‌های تحت بار محوری»، مقاطع عرضی و تنش‌های نرمال موجود بر روی آن‌ها را مورد بررسی قرار دادیم. در این مقاله، به معرفی مؤلفه‌های تنش (تنش نرمال، تنش برشی، تنش‌های اصلی و تنش‌های برشی ماکسیمم) بر روی مقاطع مورب خواهیم پرداخت. در انتها نیز به منظور آشنایی با نحوه به کارگیری روابط ارائه شده برای تحلیل تنش‌های موجود بر روی این مقاطع، چند مثال را تشریح خواهیم کرد. مقطع عرضی شکل زیر، یک میله منشوری تحت بارهای محوری P را نمایش می‌دهد. با در نظر گرفتن مقطعی در میانه میله (مانند مقطع mn) می‌توانیم نمودار جسم آزاد بخشی از میله را رسم کنیم. یک میله منشوری تحت بارهای محوری P به همراه یک صفحه عمود گذرنده از آن در صورت منشوری بودن میله (یکنواخت بودن سطح مقطع در راستای محور طولی)، همگن بودن مواد تشکیل‌دهنده آن، اعمال بار محوری P بر روی مرکز هندسی سطح مقطع و فاصله کافی مقطع مورد نظر از نواحی تمرکز تنش، توزیع تنش درون میله یکنواخت خواهد بود. به این ترتیب می‌توان مقدار تنش‌های نرمال اعمال شده بر روی مقطع mn را با استفاده از رابطه σx=P/A محاسبه کرد. در شکل زیر، مقطع mn بر محور طولی میله عمود است و…

    بیشتر بخوانید »
دکمه بازگشت به بالا