Mezní napětí: definice a výpočty

Každý materiál má sadu vlastností, které definují to další charakteristiky. Jednou z těchto vlastností je odolnost proti mechanickému namáhání, která se nazývá mezní napětí. Tímto pojmem se rozumí nejen zničení materiálu v bodě zlomu, ale také výskyt zbytkové deformace. Jinými slovy, jedná se o opozici vůči vnějším silám, které vedou k oslabení pevnosti. Článek popisuje, co takové napětí představuje, jak se počítá a jak se určuje.

Jaký je tento ukazatel?

Mezní napětí materiálu je maximální síla tahového napětí, která musí být aplikována na plochu jeho průřezu, kterému může odolat až do úplného zničení nebo zlomení. Jednoduchý výpočetní vzorec vypadá takto: napětí se rovná síle dělené plochou. Z toho je zřejmé, že čím větší plocha, tím menší síla musí být aplikována. To platí i naopak. Čím menší je průřez obrobku, tím větší úsilí bude zapotřebí k jeho rozbití.

Ukazatele tuhosti v různých materiálech však nejsou stejné. Některé mají křehkost, jiné elasticitu. Maximální přípustné napětí pro každého je určeno mechanickým testováním. Výsledek se považuje za dosažený, když se na povrchu vzorku objeví vnější známky narušení integrity. Mohou být vyjádřeny jako destrukce nebo zlom. Pro druhé platí termín "mez kluzu". První hovoří o křehkosti, druhá o plasticitě.

Oba pojmy souvisejí s mezním napětím, při kterém pevnost materiálu je narušena. Podívejme se podrobněji, jak jsou tyto dva pojmy vymezeny.

Napětí a tekutost

Tuhost materiálů lze rozdělit na dva pojmy jako křehkost a tažnost:

1. První zahrnuje zničení struktury vzorku již při malých účinných silách. Elastické materiály odolávají vnějším vlivům a zanechávají pouze zbytkovou deformaci ve formě zlomu. Z toho vyplývá, že pro tvárné prvky je kritériem křehkosti ohyb, protože k němu dochází dříve než úplné zničení.
2. Chcete-li ohnout vzorek, musíte vynaložit méně úsilí než na roztržení. Proto pro tvárné části je mezním napětím mez kluzu. Křehké výrobky mají také tekutost, ale pro ně je tento indikátor příliš malý.

Napětí, které vzniká v průřezu vzorku, se nazývá vypočtené. Dále se na to podíváme podrobněji.

Vzorce pro výpočet napětí

Výpočet mezních napětí se provádí pomocí následujícího vzorce:

• s = s (před.) / n.

Kde:

• s-normální napětí směřující kolmo k povrchu produktu;
• s (před.)- mezní napětí, které vede k úplnému zničení vzorku nebo k jeho deformaci, a pro tvárné (měkké) materiály znamená hodnota mez kluzu a pro křehké prvky mez pevnosti;
• n-normalizovaný poměr bezpečnosti, který nezbytné pro kompenzace dočasného přetížení pracovních konstrukcí vyrobených z tohoto materiálu.

Pro výpočet tečných zatížení použijte vzorec:

• t = s / 1 + v.

Do ní:

• t-tangenciální napětí;
• v je Poissonův koeficient, který se vztahuje na konkrétní konstrukční materiál.

Závěr

Indikátor napětí je důležitým parametrem pro výpočet pevnosti pracovní konstrukce. Používá se při navrhování nosných prvků. Pomáhá určit stupeň výkonu detailu své funkce a její životnost.