مقاومت مصالح و مفاهیم آن

مباحث مرتبط با مكانیك جامدات (mechanics of solid)یا مكانیك مصالح (mechanics of material) كه اغلب با نام مقاومت مصالح (strength of material) از آن یاد می شود شاخه ای از علم مكانیك است كه با استفاده از روشهای تحلیلی به بررسی و تعیین مقاومت
(strength) و صلبیت(rigidity) و نیز پایداری ارتجاعی اعضای باربر می پردازد. مبحث مقاومت مصالح كه اصالتاً در حیطه مسائل مهندسی مطرح می گردد مانند علم تئوری ارتجاعی
(theory of elasticity) و تئوری خمیری (theory of plasticity) رفتار اجسام را با نگرش صرفاً ریاضی و با چنان دقتی تحلیل نمیكند.

مقاومت مصالح در سطحی كه در دانشكده های فنی و مهندسی تدریس میگردد بنام مكانیك جامدات مهندسی (technical mechanics of solids) شهرت دارد و اساساً بر پایه شرح رفتار یك عضو تحت ﺗﺄثیر بار, مقاومت داخلی و تغییر شكل آن قرار دارد. علم مكانیك جامدات موضوع بسیار گسترده ای است كه با گذشت زمان, بر درك و تشریح مسائل و نیز بر دامنه آن افزوده می شود و نگرشهای نوینی در این زمینه طرح میگردند.

تعریف مقاومت مصالح:
مکانیک ماده‌ها یا مکانیک مواد یا مقاومت مصالح (به فرانسوی: Résistance des matériaux) بخشی از علم مواد است که به مطالعهٔ استحکام مواد مهندسی و رفتار مکانیکی آن‌ها در حالت کلی (مانند تنش، کرنش، تغییر شکل و رابطه‌های میان تنش و کرنش) می‌پردازد.

اهداف مطالعه مقاومت مصالح:
1- نیروها
- نیروهای داخلی
- نیروهای خارجی

2- تنش ها
-         تنش عمودی
-         تنش برشی
-         تنش فشاری و تنش کششی
-         تنش نرمال ناشی از نیروهای محوری
-         تنش برشی ناشی از نیروهای برشی مستقیم
-         نتش تکیه گاهی
-         تنش مجاز و ضریب اطمینان

3- طرح اعضاء با نیروی محوری
- روش طرح اعضاء با نیروی محوری

4- آزمایش کشش
-         درصد افزایش طول در آزمایش
-         درصدکاهش سطح مقطع در آزمایش
5-قانون هوک
-         مدول الاستیسته
-         روش 0.2% offset

6- آزمایش فشار
- شرح آزمایش

7- اجسام نرم
- رسم نمودار تنش- کرنش اجسام نرم

8- اجسام شکننده
- رسم نمودار تنش- کرنش اجسام شکننده
البته این نکته شایان ذکر است که مطالعه تمامی این مباحث در محدوده وظایف دانشجویان مهندسی مکانیک و عمران است و تدریس مباحثی همچون نیروها،تنش و کرنش برای دانشجویان مهندسی صنایع که می خواهند صرفا ماهیت درس مقاومت مصالح را بشناسند کافیست.

در این مقاله سعی می شود حتی الامکان موضوعاتی که به طور مکرر در مقاومت مصالح مورد بحث قرار می گیرند ، مطرح شوند:

الف) المان چیست؟
المان مفهوم مادی ندارد و نمی توان در رابطه با کوچکی و بزرگی آن اظهار نظر نمود.همانطور که یک بنا از المانهایی به نام آجر برای ساخت یک خانه استفاده می نماید،یک کودک نیز از المانهایی مشابه آجر برای ساخت یک خانه پلاستیکی بهره می گیرد و به حاصل کار هر دو نفر نیز نام خانه اطلاق می گردد. بزرگی یا کوچکی المان نیز در نتیجه نهایی که مطالعه و بررسی تنش اعمال شده در ماده می باشد بی تاثیر است.

ب) نیرو:
1-تعریف نیرو: طبق قانون حجم نیوتن عاملى که سبب تغییر حالت سکون یا حرکت خطى یکنواخت جسم شود نیروگوئیم. براى مشخص شدن مقدار نیرو باید جهت ومقدار بزرگى آن در راستاى نیرو مشخص شود .
نیرویى که حرکت یکنواخت داشته باشد سرعتش ثابت است F=m.a
نیرو وقتى بر جسم وارد مى شود سبب تغییر در سرعت جسم مى شود که همان شتاب است .

2-واحدهای نیرو:
- در دستگاه Cgs واحد نیرو دین Dyne است(s2/gcm) براى اندازه گیرى نیروى جاذبه اى که بر اجسام وارد مى شود از این واحد استفاده نمى شود.
- نیوتن 1kg=9.8 m/s2
در بحث نیروها دو موضوع مطرح مى شود:
1- برآیند نیروها
2- تجزیه نیروها چون بردار است

3-نیروهایی که بر جسم وارد می شود:
دو دسته نیرو بر یک المان وارد مى شود:
1- نیروى جرم جسم
2- نیروى درونی body force مانند نیروى جاذبه –نیروى گریز از مرکز- نیرو مغناطیس
نیروهایى که بر سطح المان موثر هستند بنام نیروهاى سطحى که خود به دو دسته اند:
a – سبب شتاب خطى جسمى مى شوند وحرکت مستقیم الخط دارند.
b - نیروهایى که سبب گشتاورجسم مى شوند وسبب چرخش جسم در فضا به دور خود مى شوند.

ج) تنش:

1-تعریف تنش: تنش یک کمیت تالبورى است که بر روى دوسطح موازى به یک اندازه ودر خلاف جهت عمل مى کند وبطور یکنواخت بر تمام نقاط سطح عمل مى کند وبسته به سطح دارد هر چه سطح کوچکتر باشد مقدار تنش بیشتر است.

2- انواع تنش:
1- تنش فشاری                        compressive stress
عبارت است از یک زوج نیروى همگرا که بر دوسطح موازى یکدیگر از جسم وارد مى شود ولیست فشردگى وکوتاه شدگى جسم در راستاى اعمال تنش وکشیدگى در جهت عمود بر محور تنش مى شود.
2- تنش کششی                                            tension stress
عبارت است از یک زوج نیروى واگرا نسبت به مرکز ثقل جسم که بطور یکسان ویکنواخت بر دوسطح موازى وارد مى شود و سبب کشیدگى چشم در راستاى اعمال تنش وکوتاه شدگى در جهت عمود بر محور تنش مى شودوسطح شکست صاف مى شود.
نکته:در تنش فشارى وکششى نیرو عمود بر سطح است.
3- تنش برشی               Shear stress
عبارت است از یک زوج نیروى مماسى (مماس بر سطح) که سبب تغییر در زاویه جسم مى شود.مثلاً اگر جسم مربع باشد به متوازى الاضلاع تبدیل مى شود ودر اشکال سه بعدى مکعب به متوازى السطوح تبدیل مى شود
4- تنش خمشی     Bending stress
اگر طول چشم بیشتر از سه برابر قطر جسم مى باشد بجاى ایجاد تنش فشارى در جسم تنش خنثى ایجاد مى شود
5- تنش پیچشی        terssion stress
در یک مکعب مستطیل یا یک استوانه از یک جسم داشته باشید ودو نیروى دورانى در دو انتها یکى موافق عقربه ساعت ودیگرى مخالف عقربه ساعت برجسته اعمال کنیم درون جسم تنش پیچشى ایجاد مى شود وسطح شکست آن صاف نیست.

در حالت کلى نیروها بر جسم بطور مایل وارد مى شوند .اگر این نیروها بر سطح المان مکعبى بطور مایل وارد شوند به موازات سه محور به دو مولفه تجزیه مى شوند.
1- نیروى نرمال    2- نیروى برشى

3-مولفه هاى تنش :
a- تنش عمودى یا نرمال    normal stress
b- تنش مماسى یا برشى shear or tangential stress موازى سطح وارد شده

تنش نرمال را با δ نمایش مى دهیم وبه دو دسته تنش نرمال فشارى وتنش نرمال کششى تقسیم مى شوند تنش فشارى با علامت +وتنش کششى با علامت - نشان مى دهیم
انواع تنش مماسى
1-     تنش برشى موافق عقربه یا راستگرد یا راستبر با علامت –
2-     تنش برشى مخالف عقربه یا چپگرد یا چپبر با علامت +

4-حالت هاى مختلف تنش
a- تنش تک محوری   Uniamial stress
در این حالت فقط یک در یک راستا ویک جهت نیرو بر جسم وارد مى شود در دوجهت دیگر نیرویى بر جسم وارد نمى شود وفقط فشار هوا بر جسم وارد مى شود(این تنش فقط در شرایط آزمایشگاه است)
تنش تک محورى :
1-     تراکم تک محورى
2-     کشش تک محورى
نکته: زیگما ممکن است به صفر برسد اما هیچگاه منفى نمى شود

b- تنش دو محورى   Bamial stress
این تنش هم فقط در شرایط آزمایشگاهى قابل اجراست ودردو جهت نیرو وارد مى شود اما در جهت زیگما نداریم

c-تنش سه محوری       tramial stress
در این حالت از سه جهت بر جسم نیرو وارد مى شود منتهى در یک جهت بیشترین مقدار ودر جهت عمود بر آن کمترین مقدار نیرو وارد مى شود.این حالت در آزمایشگاه وهم در طبیعت وجود دارد.

d- تنش برش محض      pure shear stress
اگر بریک سطح المان مکعبى فقط تنش برشى عمل کند وهیچ مولفه اى بر المان سطح عمل نکند به آن تنش برشى محض مى گویند.در این حالت وضعیت تنش هاى اصلى بدین صورت است که مقدار زیگما به اندازه قطر مطلق زیگما 3 است از نظر مقدار با هم برابرند اما مختلف العلامه هستند .

5-تنش هاى اصلی                      principal of stress
اگر بر المان مکعبى که در اعماق قرار گرفته نیروهاى اصلى عمود وارد شود یک حالت خاص واستثنایى است اما اگر المان مکعبى طورى قرار گیرد که نیروها مایل وارد شوند تنش هاى اصلى به مولفه هایى تجزیه مى شوند که براى اعمال نیروهاى مایل بى نهایت حالت وجود دارد.
اما چون نیروهاى اصلى بر سطوح مکعب عمود هستند هیچگونه مولفه اى بر روى المان وجود ندارد
تنش هاى اصلى به دو بخش تقسیم مى شوند.
1-    محورهاى اصلى تنش = محورهاى ثابت وبدون تقلیلى هستند درون جسم که در راستاى آنها فقط تنش هاى نرمال برجسته وارد مى شود. تنش هاى اصلى بر سطوح المان اصلى عمود هستند.
وبه سه دسته اند:
a –بزرگترین محور تنش اصلى (max)
b - محور تنش اصلى متوسط (mean)
c- کوچکترین محورتنش اصلى (min)
2- سطوح اصلى تنش : سطوحى از المان مکعبى که بر روى آن سطوح فقط تنش هاى نرمال عمل مى کند گفته مى شود.

نکته:تفاوت تنش ونیرو
-      نیرو کمیتى است بردارى که بر روى یک نقطه عمل مى کند مثل نیروى جاذبه که به مرکز ثقل جسم عمل مى کند ولى تنش بر یک سطح بلور یکنواخت عمل مى کند.
-         نیرو فقط داراى یک جهت است وبر نقطه موثر است.
-         چگالى نیرو بستگى به جرم جسم وتعداد اجزاء تشکیل دهنده جسم دارد وتنش عامل تمام تغییرات دورنى زمین است.

د)کرنش:

1-تعریف کرنش: کرنش در اصطلاح فیزیک به تغییر در طول جسم جامد در هر جهت نسبت به طول آن جسم در همان جهت که در اثر اعمال نیرو (تنش) پدید می آید گفته می‌شود و آن را با علامت ε نشان می‌دهند.
2-انواع کرنش:
• کرنش جانبی
• کرنش محوری
• کرنش حقیقی

3-نسبت پواسون:
نسبت کرنش جانبی (عرضی) به کرنش محوری (طولی) را نسبت یا ضریب پواسون گویند. این نام به افتخار ریاضیدان فرانسوی سیمون دنیس پواسون (۱۷۸۱-۱۸۴۰ م) انتخاب شده است. ضریب پواسون را با حرف یونانی ν (نو) نمایش داده و مقدار آن وقتی که کرنش جانبی و کرنش محوری باشد، برابر است با :

$\nu = -\frac{\varepsilon_\mathrm{trans}}{\varepsilon_\mathrm{axial}}$

علامت منفی به این خاطر است که این نسبت عددی مثبت شود زیرا در تمام مواد مهندسی کرنش جانبی و محوری مختلف العلامت هستند.

منابع:
www.wikipedia.org
www.tjsme.ir
www.gsi.ir
www.hupaa.com
www.schealth.sums.ac.ir

مقاومت مصالح و مفاهیم آن

مطالب مشابه :

برنامه زماني ثبت‌نام و برگزاري آزمونهاي مختلف سازمان سنجش در سال 1388 اعلام شد

بازرسی از دانشگاه کار رفسنجان

مقاومت مصالح و مفاهیم آن

دانشگاه مالایا (قدیمی ترین و معتبر ترین دانشگاه مالزی) برای مقاطع تحصیلات تکمیلی دانشجو می پذیرد.

مسئولین - دهه فجر و آسیب شناسی از نگاه من! اگر خاموش بنشینی گنا ه است!

مسابقه و فستیوال آشپزی دانشجویی در دانشگاه کار رفسنجان

اطلاعات تکمیلی در مورد داشگاهها و ادامه تحصیل در مالزی