Chủ Nhật, Tháng Ba 3, 2024

Ứng suất là gì? Công thức tính ứng suất ở một số ứng suất tiêu biểu

Bài Viết Nổi bật
Video ứng suất hữu hiệu là gì

Bạn có biết về khái niệm “ứng suất” không? Nếu làm việc trong ngành vật lý, xây dựng,… thì bạn chắc chắn đã từng nghe về nó. Nhưng liệu bạn đã hiểu sâu về ứng suất? Hãy cùng tìm hiểu ứng suất là gì và cách tính nó. Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về chủ đề này.

Ứng suất – Khái niệm và ý nghĩa

Ứng suất là một đại lượng vật lý thể hiện nội lực và biến dạng bên trong một vật thể do tác động của các lực từ bên ngoài như nhiệt độ, trọng lượng,…

công thức tính ứng suất
Một số nguyên nhân dẫn đến việc sinh ra ứng suất

Ví dụ, khi một thợ hàn sử dụng hàn để nung nóng một vật bất kỳ trong một khoảng thời gian ngắn và đạt đến nhiệt độ cao. Sự phân bố nhiệt độ theo một phương thẳng góc với trục mối hàn sẽ khác nhau, từ đó gây ra sự biến dạng và sinh ra ứng suất trong các vùng lân cận và các vật được hàn.

Các nguyên nhân dẫn đến ứng suất

Ứng suất và biến dạng của mối hàn được tạo ra trong quá trình hàn là do một số nguyên nhân sau:

  • Sự phân bố nhiệt độ không đều khi nung nóng và làm nguội, dẫn đến sự thay đổi không đồng đều về thể tích của vật bị hàn và các vùng lân cận. Do đó, mối hàn và các vùng lân cận sinh ra ứng suất và làm biến dạng vật hàn.
  • Độ co ngót của kim loại lỏng ở vùng hàn khi kết tinh.
  • Sự thay đổi của kim loại trong các mối hàn và vùng lân cận quanh mối hàn.
  • Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo ra sự thay đổi tổ chức trong kim loại mối hàn và vùng lân cận, gây ra ứng suất trong vật hàn. Đặc biệt, các loại thép hợp kim và thép cacbon.

Một số loại ứng suất

Có nhiều cách chia ứng suất thành các tiêu chí khác nhau, bao gồm:

  • Ứng suất theo phạm vi tác động: được chia thành 3 phạm vi.
  • Ứng suất theo hướng phân bố trong không gian: theo chi tiết thanh 1 chiều, bao gồm chi tiết tấm và vỏ 2 chiều, và bao gồm các chi tiết có cả 3 chiều kích thước 3 chiều.
  • Ứng suất theo hướng thời gian tồn tại: ứng suất tức thời và ứng suất dư.
  • Ứng suất theo hướng tác động so với trục mối hàn: ứng suất trực song song với trục mối hàn và ứng suất ngang thường vuông góc với trục mối hàn.

Công thức tính ứng suất

Cách tính ứng suất trung bình

Công thức tính ứng suất trung bình là cường độ nội lực được tính bằng công thức sau: *σ = F A**

Trong đó:

  • σ là ứng suất
  • F là lực
  • A là diện tích bề mặt

Một số ứng suất phổ biến trong cơ khí

Ứng suất uốn

Đây là ứng suất được tạo ra từ một chi tiết có tải trọng được đặt nằm ngang với trục. Tải trọng này tạo ra momen uốn trên chi tiết và tạo ra ứng suất uốn. Đại lượng này đạt cực đại trong mặt cắt ngang của chi tiết, xuất hiện ở phần xa nhất tính từ trục trung hòa của mặt cắt.

công thức tính ứng suất uốn
Một số dạng của ứng suất uốn

Công thức tính ứng suất uốn lớn nhất: σ = F c A

Trong đó:

  • F là độ lớn momen uốn tại mặt cắt
  • A là momen quán tính của mặt cắt ngang đối với trục trung hòa của nó
  • c là khoảng cách từ trục trung hòa đến mặt ngoài cùng của mặt cắt ngang

Lưu ý: Độ lớn của ứng suất thay đổi theo tuyến tính trong mặt cắt ngang từ giá trị = 0 tại trục trung hòa đến giá trị ứng suất kéo lớn nhất về một phía của trục. Khi đó, ứng suất nén lớn nhất sẽ xuất hiện ở phía còn lại.

Ứng suất cắt

Ứng suất cắt là kết quả khi lực tác động lên vật gây ra biến dạng trượt trên một mặt phẳng song song với hướng tác động của lực áp. Ví dụ, kéo cắt một tấm vật liệu bằng tôn.

công thức tính ứng suất cắt
Hình vẽ ứng suất mặt cắt vật liệu

Công thức tính ứng suất cắt: σ = F / A

Ứng suất cắt trực tiếp

Ứng suất cắt trực tiếp được sinh ra khi lực tác động có xu hướng cắt qua chi tiết, ví dụ như kéo, dao hoặc khi đục lỗ trên một tấm vật liệu bằng chày và khuôn.

công thức tính ứng suất tiếp
Mặt cắt nghiêng của vật liệu

Công thức tính ứng suất cắt trực tiếp:

  • Ứng suất cắt trực tiếp = lực cắt / diện tích chịu cắt = F A S
  • Ứng suất này được gọi là ứng suất cắt trung bình, tức là tính ứng suất phân bố đều trên diện tích mặt cắt.

Ứng suất pháp: kéo và nén

công thức tính ứng suất pháp

Ứng suất pháp được sinh ra khi sức cản bên trong của một diện tích đơn vị vật liệu đối với tải trọng bên ngoài. Ứng suất pháp có 2 loại: kéo và nén.

Ứng suất của lực kéo/nén đúng tâm: lực (kéo, nén) / diện tích = F * A

Bên cạnh đó, còn nhiều loại ứng suất khác như ứng suất hữu hiệu, ứng suất xoắn, ứng suất đàn hồi và ứng suất trong các vật liệu như bê tông, thép, đáy móng,….

Như vậy, chúng ta đã tổng hợp những kiến thức căn bản về ứng suất và cách tính ứng suất cho một số loại ứng suất tiêu biểu. Hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn hiểu hơn về cách tính toán và xử lý độ bền của vật liệu.

Xem thêm các bài viết khác:

  • Transistor mosfet là gì? Đặc điểm của Transistor mosfet
  • Điện trở suất là gì? Những điều cần biết về điện trở suất
  • Superfetch là gì? Cách vô hiệu hóa superfetch trên windows 10,8,7
Bài Viết Mới

Hit Club, cổng game chơi bài đổi thưởng, đã trở lại với cộng đồng mạng vào tháng 12/2018 sau...

More Articles Like This