يُعتقد أن الإجهاد والانفعال هما المفهومان الأكثر أهمية في الهندسة وعلوم المواد. فكلاهما يحدد ما يحدث عندما تُفرض القوى على المواد. إذا حصلت على المعرفة الصحيحة بهاتين الخاصيتين وأنواعهما والاختلافات الرئيسية بينهما، فسيساعدك ذلك في التطبيقات الصناعية على اكتشاف الأعطال في المكونات ذات المواد الحساسة.
الضغوط وأنواعها
يشير الإجهاد إلى القوة التي تمارس على وحدة مساحة على مادة ما. إن كمية الإجهاد التي يتم وضعها على الجسم مقابل كمية معينة من الانفعال تدعم قياس ما إذا كان الجسم صلبًا أم صلبًا. فيما يلي الأنواع الرئيسية للإجهاد؛
- إجهاد القص
- إجهاد الشد
- الإجهاد الطبيعي
- الضغط الانضغاطي
- إجهاد الطائرة
السلالة وأنواعها؟
الانفعال هو النتيجة في شكل تغير أو تشوه يحدث في شكل المادة. هنا، يمكنك أيضًا العثور على أنواع الانفعال المختلفة.
- إجهاد القص
- الضغط الحجمي
- إجهاد مرن
- إجهاد جانبي
- إجهاد طبيعي أو طولي
الاختلافات الرئيسية بين الإجهاد والتوتر
إن معرفة الفارق الدقيق بين الإجهاد والانفعال أمر ضروري في الهندسة الإنشائية وعلوم المواد. إن تقييم كليهما يكشف عن تفاصيل في سلوك المواد تساعدك على اتخاذ قرارات مهمة فيما يتعلق بالتصميم. كما يتيح ارتباطهما قياس الخصائص الرئيسية للميكانيكا. إن فهم بروتوكولات الإجهاد والانفعال أمر ضروري للمهندسين في مختلف المجالات.
الفرق في التعريف والقياس
- يمتلك الإجهاد بُعدًا للقوة لكل مساحة، وله وحدات قياس في النظام الدولي للوحدات هي باسكال (Pa) أو نيوتن لكل متر مربع (N/m2). وهو يحسب القوة المؤثرة على مساحة معينة من مادة ما. يمكنك حساب الإجهاد باستخدام الصيغة التالية: سيغما=ف ا
- الانفعال هو عدد التشوهات التي يتعرض لها الجسم في شكل تطبيقات القوة مقسومًا على الأبعاد الأصلية للجسم. يتم حسابه كقيمة عشرية أو نسبة مئوية.
- بطبيعته، الإجهاد هو حساب القوة، في حين أن الانفعال، من ناحية أخرى، هو مقياس للتشوه. بالإضافة إلى ذلك، قد تجد الإجهاد بوحداته بينما الانفعال بلا أبعاد.
الفرق في الأنواع والتطبيقات
- الإجهاد الشد والإجهاد الانضغاطي والإجهاد القصي هي الأنواع الرئيسية للإجهاد حيث أن كل منها لاحظته ارتبط بتطبيقات القوة المتنوعة وأدى إلى التفاعلات المختلفة التي حدثت داخليًا في المادة.
- على عكس أنواع الإجهاد، تظهر أمامك أنواع من الإجهاد مثل الإجهاد الحجمي والمرن والبلاستيكي في سلوكيات تشوه متنوعة بمجرد ممارسة الإجهاد. على سبيل المثال، قد تجد أنه من المرغوب فيه وجود إجهاد مرن في النوابض، في حين قد يؤدي النوع الآخر من الإجهاد إلى فشل المواد في الهياكل الحرجة.
- الإجهاد الانضغاطي هو القوة التي تؤدي إلى تشوه المادة بحيث ينخفض حجمها. يؤدي المستوى الأعلى من الإجهاد الانضغاطي عادةً إلى انهيار المادة بسبب الشد. يمكنك رؤية هذا النوع من الإجهاد المستخدم في البناء لغرض تثبيت الأشياء معًا. على سبيل المثال، تخيل أنك تقوم ببناء جسر. ستستخدم الإجهاد الانضغاطي لتثبيته معًا أثناء بنائه
- من ناحية أخرى، فإن الانفعال الحجمي هو التغير الذي يحدث لعينة صخرية عندما تتعرض لضغط خارجي ويشير إلى نسبة التغير في الحجم إلى الحجم الأصلي لعينة الصخر. قد تجد هذا النوع من الانفعال يسلط الضوء على التشوه الانضغاطي بعد σ cd وقبل تشوه التمدد وσ c d.
العلاقة بين السبب والنتيجة
- ستجد أن الإجهاد يعمل كسبب، ويتطور إذا تم تطبيق قوى خارجية على مادة ما. يمثل الإجهاد في الأساس المقاومة الداخلية التي توفرها المادة على عكس التشوه الناتج عن تنفيذ الحمل. يتسبب الإجهاد في تغيير شكل المادة أو تشوهها، كما يؤثر على خصائصها الميكانيكية وقوتها وصلابتها. قد ترى كسرًا في المادة أو حتى تشوهًا دائمًا إذا كان الإجهاد مرتفعًا للغاية. والأهم من ذلك، أن التآكل والتعب وأنواع أخرى من التدهور بمرور الوقت للمادة ناتجة أيضًا عن الإجهاد.
- من ناحية أخرى، إذا رأينا تأثير الإجهاد، فإنه يمكن تصحيحه كما ترى المادة تعود إلى شكلها الأصلي عندما يتم سحب الحمل. يمكن أن يحدث تشوه بلاستيكي إذا تجاوز الإجهاد حد المرونة، مما يؤدي إلى اختلاف دائم في شكل المادة. هناك احتمالات أقل للكسر في المادة التي قد تستفيد منها حتى تحت الإجهاد المفرط. يسبب الإجهاد تغييرًا في خصائص المواد الأخرى بما في ذلك التوصيل الحراري والتوصيل الكهربائي والقابلية المغناطيسية.
السلوك الجسدي وهامش السلامة
- يمكن أن يؤدي الإجهاد إلى تغيير شكل المادة أو تمددها أو ضغطها أو التواءها. الإجهادات هي كميات يتم تفسيرها رياضيًا، ويتم قياسها من خلال الانفعالات ولا يمكن حسابها بشكل مباشر. وفقًا لقانون هوك، فهي تتناسب مع الانفعالات ضمن حدود مرونة المادة. يمكن للمهندسين وأنت دمج هوامش الأمان لتجنب الوصول إلى النطاق البلاستيكي على أساس أقصى إجهاد مسموح به.
- قد تجد دائمًا أن الإجهادات يمكن اكتشافها فيزيائيًا. يتم شرحها على أنها "اختلاف في الأبعاد مقسومًا على البعد الفعلي. يمكنك قياس الإجهادات إما بشكل مباشر من خلال تبني مقاييس الإجهاد أو عن طريق القياس عبر الإزاحة. في الأساس، تتولد الإجهادات في الجسم عندما يتعرض للحمل، مما يؤدي في النهاية إلى خلق الإجهادات. قد ترى الإجهاد إما في البلاستيك أو المرن.
- تظهر المواد المختلفة سلوكًا متفاوتًا عند تعرضها للإجهاد والشد. على سبيل المثال، تحت الضغط، تميل المعادن المطيلة مثل السبائك والفولاذ المقاوم للصدأ إلى الخضوع ثم تتشوه، في حين أن المعادن الدقيقة مثل الفولاذ عالي الكربون أكثر عرضة للكسر تحت التشوه البلاستيكي الاسمي. وعلى النقيض من ذلك، فإن سلوك الإجهاد والشد المعرض للبوليمرات مختلف تمامًا.
قابلية تطبيق الإجهاد والانفعال
- يمكن تطبيق الضغط إذا كان الجسم الملامس مادة صلبة مثل المعدن. كل معدن يمتلك قدرة على تحمل الضغط، وعند تجاوز هذه القدرة يفقد قوة الشد وشكل الجسم بشكل دائم.
- على العكس من ذلك، ستجد غالبًا أن الانفعال ينطبق على المواد المرنة بما في ذلك أشرطة المطاط. الانفعال هو السبب الرئيسي للتمدد في مادة تتجاوز طولها القياسي وتستعيد عافيتها عندما يتم إطلاق القوة. يمكنك أيضًا تسميتها بخاصيتها المرنة. يمكن توضيح كمية الانفعال الذي تتعرض له المادة في شكل نسبة الانفعال وهي طول التمدد/الطول الفعلي. سيؤدي التكرار في التمدد إلى فقدان المادة لمرونتها.
خاتمة
إن كل الأفكار التي يجب أن تضعها في اعتبارك تمكنك من فهم المفاهيم الأساسية للإجهاد والانفعال، والتمييز بينهما بناءً على خصائصهما، والحصول على أفضل استجابة عند العمل عليهما. كما أنها تعزز معرفتك فيما يتعلق بتطبيقاتها الصناعية. تذكر أن فهم سلوكيات الإجهاد والانفعال سيساعدك في ضمان معايير السلامة والأداء الخاصة بالسلامة. علاوة على ذلك، يساعدك على زيادة مصداقية ومتانة الهياكل والمنتجات عبر الصناعات المختلفة.
