Ứng suất là gì? Trong tĩnh học, chúng ta coi ngoại lực tác dụng lên vật cứng. Tuy nhiên trong thực tế, tất cả các vật thể đều có thể biến dạng và những lực bên ngoài đó tạo ra ứng suất bên trong. Nghe hơi trừu tượng phải không nào? Vậy thì, ứng suất là gì. Cùng GOAT làm rõ đại lượng này dưới đây nhé.
Bạn đang xem: Ứng suất là gì
Ứng suất là gì – Định nghĩa
Ứng suất là đại lượng biểu thị nội lực phát sinh trong vật thể biến dạng do tác dụng của các nguyên nhân bên ngoài như tải trọng, sự thay đổi nhiệt độ, lực nén, kéo, cắt v.v. Ứng suất còn được gọi là sức căng.
Như vậy, Ứng suất là số đo của ngoại lực tác dụng lên diện tích mặt cắt ngang của một vật.
Đơn vị của ứng suất là gì – Đơn vị tính
Ứng suất có đơn vị là lực trên diện tích: N / m 2 [Hệ SI - Hệ đo lường quốc tế]
Các đơn vị này thường được gọi là Pascal, viết tắt là Pa . Vì 1 Pa rất rất nhỏ so với ứng suất mà hầu hết các cấu trúc gặp phải. Chúng ta thường gặp phải các đơn vị sau hơn: 10 3 Pa = 1 kPa [kilo Pascal], 10 6 Pa = a MPa [mega Pascal], hoặc 10 9 Pa = GPa [giga Pascal].
Quy đổi 1 Pa = 1 N / m 2
Công thức tính ứng suất của vật liệu là gì? – Công thức
Công thức tính ứng suất như sau:
Trong đó:
σ là ứng suất;
F là lực tác động;
A là diện tích bề mặt tiếp xúc với lực;
Ký hiệu ứng suất:
Ký hiệu của ứng suất là σ. Đọc là sigma.
Ứng suất trong tiếng Anh là gì?
Ứng suất trong tiếng Anh là "Stress".
Về mặt kỹ thuật, chúng thường được sử dụng cùng với các từ bổ nghĩa. Qua đó, thể hiện ứng suất trong các bối cảnh sử dụng khác nhau.
Ví dụ như:
- Kết cấu bê tông ứng suất trước: prestressed concrete
- Ứng suất kéo: Tensile stress
- Ứng suất cắt: Shear stress
- Ứng suất đàn hồi: Yield stress
- Ứng suất nén: Compressive stress
- Ứng suất nhiệt: Thermal stress
Có những loại Ứng suất gì – Phân loại
Có hai loại ứng suất mà một kết cấu có thể trải qua:
1. Ứng suất thông thường [ứng suất pháp tuyến] - Normal Stress
2. Ứng suất cắt - Shear stress
Khi một lực tác dụng vuông góc [hoặc "pháp tuyến"] lên bề mặt của một vật thể, nó sẽ tạo ra một ứng suất pháp tuyến.
Khi một lực tác dụng song song với bề mặt của một vật, nó sẽ tạo ra ứng suất cắt.
Ví dụ về ứng suất thông thường - Ứng suất pháp tuyến
Hãy xem xét một thiết bị chiếu sáng được treo trên trần nhà bằng một sợi dây.
Minh hoạ công thức tính ứng suất thông thường
Tiết diện của sợi dây là hình tròn. Khối lượng nhẹ của đèn kéo xuống dưới, vuông góc với sợi dây. Lực này tạo ra một ứng suất thông thường bên trong sợi dây.
Ví dụ về ứng suất cắt
Ứng suất cắt là ứng suất tác động lên mặt cắt ngang. Hãy xem một ví dụ về ứng suất cắt.
Minh hoạ công thức tính ứng suất kéo
Khi xét một bu lông nối hai tấm hình chữ nhật. Ta nhận thấy có một lực kéo vuông góc với bu lông. Từ sơ đồ vật tự do, ta thấy ngoại lực tác dụng một lực song song với tiết diện tròn của bu lông. Ngoại lực này dẫn đến ứng suất cắt bên trong bu lông.
Mỗi vật liệu có một ứng suất cuối cùng gọi là ultimate stress
Mỗi vật liệu có một ứng suất cuối cùng gọi là ultimate stress.
Đây là thước đo mức độ căng tối đa mà vật liệu có thể chịu được trước khi hỏng.
Đại lượng này bạn có thể thấy nhiều ở các chỉ số về vật liệu khi tham khảo nguồn nước ngoài. Phổ biến là Độ bền kéo cuối cùng hay Giới hạn bền kéo hoặc Độ bền kéo [UTS - Ultimate Tensile Stress].
Minh hoạ kiểm tra độ bền kéo
Khi một vật liệu được kéo, nó sẽ giãn ra. Lực kéo căng vật liệu được gọi là ứng suất. Khi này, giới hạn bền kéo [UTS]: Giá trị của ứng suất lớn nhất mà vật liệu có thể chịu được trước khi hỏng.
[Ví dụ trong bài viết gang trắng và gang xám có thể hiện UTS của 2 loại gang này]
Ứng dụng của ứng suất trong thiết kế là gì?
Các kỹ sư sử dụng ứng suất để hỗ trợ trong việc thiết kế các cấu trúc. Tải trọng bên ngoài và dạng hình học của kết cấu cho chúng ta biết ứng suất nào đang được tác động bên trong vật liệu. [Chỉ về ứng suất, chứ không nói về tính chất của bản thân vật liệu đó].
Làm thế nào để có một kết cấu an toàn?Để thiết kế đúng một kết cấu an toàn, chúng ta cần đảm bảo rằng ứng suất tác dụng từ tải trọng bên ngoài không bao giờ vượt quá ứng suất cuối cùng của vật liệu.
Một phần khó khăn của nhiệm vụ này là chúng ta không phải lúc nào cũng biết chính xác tải trọng bên ngoài là gì. Chúng có thể thay đổi và không thể đoán trước. Đôi khi kết cấu có thể phải chịu tải trọng cao bất ngờ.
Để tính toán cho sự không chắc chắn này, bạn có thể kết hợp Hệ số an toàn vào thiết kế.
Hệ số an toàn ứng suất là tỷ số giữa giới hạn ứng suất cuối cùng với ứng suất cho phép. Giá trị ứng suất cuối cùng là thuộc tính vật liệu. Trong khi giá trị cho phép được xác định bởi ngoại lực và hình dạng của kết cấu.
Tóm tắt về ứng suất là gì
Trong bài viết này, GOAT đã giới thiệu khái niệm ứng suất là gì. Tựu chung lại, ứng suất là thước đo những gì vật liệu nhận được từ các lực tác dụng bên ngoài. Nó đơn giản là tỷ lệ của các lực bên ngoài với diện tích mặt cắt ngang của vật liệu.
Lực tác dụng vuông góc với mặt cắt là ứng suất pháp tuyến, trong khi lực tác dụng song song với mặt cắt là ứng suất cắt
Dù rằng, khái niệm ứng suất không quá xa lạ. Tuy nhiên, phần thách thức nhất khi tính toán là tính được cân bằng tĩnh một cách chính xác. Khi tính toán được cân bằng tĩnh, sẽ cho chúng ta biết độ lớn và hướng của các lực tác dụng. Từ đó, có thể sử dụng để tính ứng suất.
Nguồn tham khảo: bu.edu
Một số câu hỏi thường gặp về ứng suất kéo
Câu hỏi 1: Xác định giới hạn đàn hồi của vật thể để làm gì?Trả lời: Ứng suất lớn nhất có thể tác dụng lên một vật thể để tránh biến dạng vĩnh viễn [dẻo]của vật đó được gọi là giới hạn đàn hồi.
Nếu bất kỳ vật liệu nào chịu ứng suất tại điểm nhỏ hơn giới hạn đàn hồi của nó, một khi ứng suất giải phóng, nó sẽ trở lại kích thước và hình dạng ban đầu.
Mặt khác, nếu vật liệu chịu ứng suất tại điểm vượt quá giới hạn đàn hồi của nó, thì hiện tượng biến dạng vĩnh viễn sẽ bắt đầu. Khi giải phóng ứng suất, vật liệu không hoàn toàn trở lại kích thước ban đầu.
Việc xác định chính xác giới hạn đàn hồi của vật liệu rất khó bằng cách sử dụng máy thử phổ thông. Vì vậy, nó thường hữu ích cho các mục đích giáo dục.
Câu hỏi 2: Làm thế nào để kiểm tra được ứng suất kéo của các vật liệu?Trả lời: Để kiểm tra ứng suất kéo của các vật liệu, ta phải lấy một mẫu vật liệu nhỏ với diện tích mặt cắt ngang cố định. Mẫu này được kéo bằng máy đo độ căng áp dụng tốc độ biến dạng không đổi cho đến điểm mẫu bị đứt.
Độ bền kéo của một số kim loại liên quan tuyến tính với độ cứng lõm của mẫu vật liệu. Điều này dẫn đến việc đưa ra các phương pháp kiểm tra kim loại khối không phá hủy. Máy đo độ cứng Rockwell được sử dụng để đo độ cứng vết lõm và sau đó tính độ bền kéo.
Trên đây là tổng hợp tất cả các thông tin trả lời cho câu hỏi "Ứng suất là gì". Hy vọng bài viết hữu ích với bạn.