ריכוז מאמצים

מתוך Climbing_Encyclopedia
גרסה מ־06:18, 19 ביוני 2007 מאת מיכה יניב (שיחה | תרומות) (עקומת מאמץ-מעוות)
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

סוגי מאמצים

מאמץ (stress) נמדד ביחידות כוח ליחידת שטח, למשל בניוטון (או קילוניוטון או ק"ג) למילימטר מרובע (או [math]cm^2[/math] או [math]m^2[/math]).

מאמץ מתיחה ודחיסה למשל הוא [math]\sigma=\frac{F}{A}[/math]

כאשר: [math]\sigma[/math] - ערך המאמץ, [math]F[/math] - ערך הכוח הפועל, [math]A[/math] - שטח חתך הגוף.

ניתן לראות שככל שהכוח הפועל על הגוף גדל, גדל גם המאמץ ואילו ככל ששטח החתך גדל, המאמץ קטן. הגדרת מאמץ היא כוח ליחידת שטח (כמו לחץ). ריכוז מאמצים נוצר כאשר כוח פועל על שטח שגודלו הולך וקטן (ומכאן שהמאמץ הולך וגדל).

Stress.jpg

כאשר המאמץ בנקודה מסוימת יעלה על יכולת החומר להתנגד לו, החומר יקרוס, ישבר או ייווצר בו חור (כך יוצר מהדק סיכות חור בנייר).

סוגי המאמצים: קיימים 3 סוגים של מאמצים בתוך חומר: מתיחה (שאיפה של חלקיקים להתרחק אחד מהשני), לחיצה (שאיפה של חלקיקים להתקרב אחד לשני) וגזירה (שאיפה של חלקיקים להיפרד זה מזה על המישור הניצב לקו המקשר ביניהם). שאר המאמצים הם מקרים פרטיים של מאמצים אלו או שילוב של מאמצים אלה.

1 - גזירה

2 - מתיחה

3 - דחיסה

4 - פיתול

(האיור מתוך עבודת סיום קורס מדריכי טיפוס של אבישי חכים).

עקומת מאמץ-מעוות

עקומת מאמץ-מעוות

בעת הפעלת כוח על גוף, מידותיו משתנות (גם אם לפעמים במידה קטנה, כזו שקשה להבחין בה). שינוי הגודל נקרא מעוות. את המעוות מחשבים באופן יחסי: אם נחלק את האורך החדש של הגוף באורך המקורי, נקבל את המעוות (strain).

[math]{\varepsilon}= \frac{\Delta L}{L}[/math]

כאשר: [math]L[/math] - האורך המקורי, [math]\Delta L[/math] - השינוי באורך, [math]\varepsilon[/math] - המעוות.

עקומת מאמץ-מעוות היא העקומה הנוצרת משרטוט המאמץ הפועל על החומר והמעוות הנוצר ממנו. ניתן לראות בעקומת מאמץ-מעוות מספר איזורים: בתחום הראשון, במאמצים נמוכים, העקומה היא ליניארית, על קו ישר, כלומר שמתקיים יחס קבוע בין הגידול במאמץ לבין הגידול במעוות. תחום המאמצים בהם היחס קבוע נקרא התחום האלסטי. בתחום זה החומר "זוכר" את צורתו וחוזר אליה לאחר הסרת המאמץ המופעל עליו. בתחום האלסטי נוצרים בחומר רק מעוותים אלסטיים, כאלה הנעלמים עם הסרת הכוח הפועל. , כלומר עם הסרת העומס תחזור הגאומטריה של החומר לקדמותה (כמו חבל בעומס נמוך).

היחס בין מאמץ למעוות בתחום האלסטי נקרא מודול האלסטיות של החומר. גודל זה ידוע גם כמודול יאנג (Young's modulus). על שמו של תומס יאנג. מודול האלסטיות מבטא את הגמישות של החומר.

[math]E =\frac{\sigma}{\varepsilon}[/math]

או

[math]\sigma =E\times\varepsilon[/math]

[math]E[/math] - מודול האלסטיות, [math]\varepsilon[/math] - מעוות, [math]\sigma[/math] - מאמץ.

במודלים פשוטים של חוזק, ובמרבית החמרים, גודל זה קבוע. אך במודלים מורכבים יותר, בעיקר במקרים בהם האלסטיות נובעת יותר מן המבנה ופחות מן החומר, הקשר בין מאמץ למעוות אינו ליניארי. חבלי ליבה ומעטפת הם דוגמה לכך.

במאמץ מסויים, החומר מפסיק להיות אלסטי. באותה נקודה, הנקראת נקודת הכניעה (או גבול הכניעה), החומר "נכנע" למאמץ המופעל ומשנה את צורתו. העקומה משתנה ומאבדת את הליניאריות שלה. הכניעה מציינת את המאמץ בו עובר החומר מהתחום האלסטי לתחום הפלסטי.

הגדלת המאמץ מעבר לנקודת הכניעה מעבירה את החומר אל התחום הפלסטי. בתחום הפלסטי החומר מקבל מעוות פלסטי, כלומר, הוא משנה את צורתו ו"שוכח" את הגיאומטריה המקורית שלו.

לעומת התחום האלסטי, בו כל שינוי של מידות הגוף הוא הפיך, בתחום הפלסטי, המעוות אינו הפיך. כלומר, שבעת שחרור המאמץ החומר לא חוזר למצבו ההתחלתי, נותרים בו מעוותים פלסטיים ותשמר גיאומטריה חדשה.

לאחר שחרור המאמץ, החומר חוזר מעט, אבל נותר בו מעוות שיורי (residual strain), הפעלת כוח חוזרת מתחילה את התהליך מחדש, כלומר, מעוות אלסטי במאמצים נמוכים, היחס מאמץ-מעוות קבוע, כניעה ואחריה מעוות פלסטי.

בכל מחזור כזה, של מאמץ בתחום הפלסטי, שחרור העומס והעמסה מחדש החומר צובר את המעוותים השיוריים והוא מתקרב לנקודת השבירה, שהיא המאמץ בו מתרחש כשל של החומר (קריעה, שבירה). לאחר מספיק מחזורים כאלה, השבירה מתרחשת ללא מעוות פלסטי, אלא אלסטי בלבד.

מאמצי מתיחה

בבולטים ופיתונים

בטבעות

מאמצי כפיפה

בטבעות

בפינים

מאמצי גזירה

בבולטים, פיתונים ופינים

ריכוז מאמצים

ריכוז מאמצים בקשרים

ריכוז מאמצים באבני עיגון

קריעת נייר ברצועות


תרמו לדף זה: מיכה יניב ואחרים...