Nếu bạn xem xét không-thời gian, thế giới xung quanh bạn là ba chiều – hoặc thậm chí có thể là bốn chiều. Mặc dù vậy, phép tính gần đúng 2D thường được sử dụng trong phân tích kỹ thuật để tiết kiệm thời gian lập mô hình và tính toán.

Khái niệm về ứng suất và biến dạng phẳng là thứ mà bạn luôn nghe thấy trong Phân tích phần tử hữu hạn và cơ học chất rắn nói chung, nhưng những gì điều đó có nghĩa là gì?

Sự khác biệt chính giữa ứng suất phẳng và biến dạng phẳng là, theo mô hình toán học, ứng suất phẳng không thể tồn tại trong thực tế, trong khi biến dạng phẳng có thể tồn tại trong thực tế.

Các bài toán ứng suất phẳng bỏ qua sự thay đổi ứng suất theo chiều dày. Về cơ bản, ứng suất phẳng là một xấp xỉ toán học, trong khi biến dạng phẳng là điều kiện thực tế trong các bộ phận.

Hơn nữa, phương pháp ứng suất phẳng được sử dụng cho các vật thể rất mỏng. Trong trường hợp này, ứng suất theo các hướng ngoài mặt phẳng được coi là bằng không. Ứng suất chỉ tồn tại trong mặt phẳng.

Ngược lại, phương pháp biến dạng phẳng được sử dụng cho các vật thể dày. Nó giả định rằng tất cả biến dạng theo hướng ngoài mặt phẳng đều bằng 0 và chỉ tồn tại trong mặt phẳng.

Hãy thảo luận chi tiết về các khái niệm này.

Phân tích ứng suất phẳng là một phần không thể thiếu của FEA.

Ứng suất và biến dạng nghĩa là gì?

Ứng suất và biến dạng là hai thuật ngữ được sử dụng trong Vật lý để mô tả các lực gây biến dạng vật thể. MỘTứng suất của vật liệu là lực tác dụng lên đơn vị diện tích của nó. Lực do một cơ thể chịu áp lực gây ra được gọi là sức căng.

Sự biến dạng của một vật thể xảy ra khi tác dụng lực làm biến dạng. Một lực đối lập sẽ được tạo ra bên trong vật thể để đưa nó trở lại hình dạng và kích thước ban đầu. Độ lớn và hướng của lực phục hồi sẽ bằng độ lớn và hướng của lực biến dạng tác dụng. Căng thẳng là phép đo lực phục hồi này trên một đơn vị diện tích.

Thuật ngữ căng thẳng đề cập đến sự biến dạng của cơ thể do căng thẳng gây ra . Khi một cơ thể cân bằng bị căng thẳng, căng thẳng xảy ra. Một đối tượng có thể được thu nhỏ hoặc kéo dài do biến dạng áp dụng của nó. Là một thay đổi nhỏ, biến dạng có thể được định nghĩa là sự gia tăng về thể tích, chiều dài hoặc hình học. Kết quả là, nó không có thứ nguyên.

Bạn có thể phân tích ứng suất phẳng cho các cấu trúc hai chiều khác nhau.

Ứng suất phẳng là gì?

Ứng suất phẳng được định nghĩa là trạng thái ứng suất khi không có ứng suất pháp tuyến, 0, được đặt vào và không có ứng suất cắt, Oyz và Orz, được đặt vuông góc với mặt phẳng x-y.

Ứng suất phẳng xảy ra khi tất cả các thành phần ứng suất khác không nằm trong một mặt phẳng duy nhất (nghĩa là trạng thái ứng suất hai trục). Các chi tiết nhựa có thành mỏng thường chịu trạng thái ứng suất này, trong đó σ3 <<< σ1, σ2. Chỉ một phần rất nhỏ của các ứng suất tác dụng song song với bề mặt được phát triển theo chiều dàyhướng.

Biến dạng phẳng là gì?

Sức căng phẳng là biến dạng vật lý của vật thể xảy ra khi vật liệu bị dịch chuyển theo hướng song song với mặt phẳng. Kim loại dễ bị ăn mòn do ứng suất khi xảy ra biến dạng phẳng.

Thuật ngữ “biến dạng phẳng” đề cập đến thực tế là biến dạng chỉ có thể xảy ra trong mặt phẳng, nghĩa là không có biến dạng ngoài mặt phẳng sẽ xảy ra. Trong trường hợp này, điều kiện biên ngăn chặn chuyển động theo hướng ngoài mặt phẳng. Lực căng ngoài mặt phẳng không xuất hiện vì chuyển động bị hạn chế. Thay vào đó, do tính cố định của chuyển động, ứng suất sẽ được tạo ra.

Sự khác biệt giữa ứng suất phẳng và biến dạng

Ứng suất phẳng và biến dạng có mối quan hệ với nhau vì ứng suất bằng với biến dạng được tạo ra. Tuy nhiên, họ có khá nhiều sự khác biệt.

Khi áp dụng ứng suất phẳng, biến dạng có thể xảy ra ở độ dày của phần tử. Do đó, phần tử sẽ trở nên mỏng hơn khi bị kéo căng và sẽ trở nên dày hơn khi bị nén.

Mặt khác, trong quá trình biến dạng phẳng, không thể xảy ra biến dạng ngoài mặt phẳng (độ dày) do các biến dạng được cố định hoàn toàn. Theo cách này, ứng suất hình thành theo hướng ngoài mặt phẳng trong khi tấm chịu ứng suất trong mặt phẳng.

Ngoài ra, cả hai cách phân tích này đều có cách sử dụng khá khác nhau.

Ứng suất phẳng thường thích hợp để phân tích các phần tử có độ sâu tương đối hạn chế bên ngoài các mặt phẳng, chẳng hạn như hộphoặc xi lanh nặng. Thông thường, chỉ có thể tiến hành phân tích này bằng cách sử dụng phần mềm kết cấu hoặc FE chung, không phải phần mềm phân tích địa kỹ thuật.

Ngược lại, biến dạng phẳng có thể được sử dụng để phân tích mặt cắt ngang của các phần tử có độ sâu gần như vô hạn của một mặt phẳng hoặc các cấu trúc tuyến tính, thường là những cấu trúc có tiết diện không đổi, với chiều dài có thể coi là gần như vô hạn so với kích thước tiết diện của chúng và có chiều dài thay đổi không đáng kể khi chịu tải.

Dưới đây là bảng so sánh giữa ứng suất máy bay và căng thẳng cho bạn:

Ứng suất trong mặt phẳng VS biến dạng.

Đây là một video clip nhỏ giải thích các khái niệm về ứng suất phẳng và biến dạng phẳng.

Ứng suất phẳng và biến dạng phẳngcăng thẳng.

Căng thẳng máy bay xảy ra ở đâu?

Các điều kiện ứng suất phẳng chủ yếu xảy ra theo hai chiều. Nếu bạn coi một tấm là một phần tử chịu ứng suất, thì rất có thể nó sẽ tác động lên bề mặt của nó.

Ứng suất phẳng là hai chiều hay ba chiều?

Ứng suất phẳng luôn là điều kiện hai chiều vì bạn đã giả sử giá trị của ứng suất theo bất kỳ hướng nào là bằng 0.

Ứng suất phẳng tối đa là gì?

Có hai giá trị của ứng suất phẳng đó là:

• Ứng suất phẳng tối đa bằng 6,3 ksi
• Cực đại tối đa ứng suất ngoài mặt phẳng xấp xỉ 10,2 ksi

Theo các giá trị này, ứng suất ngoài mặt phẳng lớn hơn ứng suất trong mặt phẳng.

Bạn có thể sử dụng FEA để phân tích ứng suất và biến dạng cho các đối tượng khác nhau.

Biến đổi ứng suất được sử dụng để làm gì?

Một phép biến đổi ứng suất thường được sử dụng để xác định ứng suất trên một phần tử có hướng khác.

Khi một vật thể được đặt ở một nơi nào đó, nó sẽ chịu ứng suất từ ​​các yếu tố bên ngoài khác nhau do tác động của nhiều lực. Giá trị của ứng suất này thay đổi trong toàn bộ vật thể và các khu vực tập trung ứng suất khác nhau. Tuy nhiên, ứng suất này phụ thuộc vào hệ quy chiếu của đối tượng đó.

Sử dụng các kỹ thuật phân tích biến đổi ứng suất, bạn có thể dễ dàng đo lường ứng suất tác động lên vật thể đã cho.

Bài học rút ra cuối cùng

• Căng thẳng và căng thẳng đều là hiện tượng mà bạn nghiên cứu và nghe thấy nếu bạn liên quan đến lĩnh vực cơ học chất rắn. Mọi vật thể, dù là hai chiều hay ba chiều, đều trải qua hai lực này. Cả hai đều có mối liên hệ với nhau.
• Khái niệm ứng suất phẳng chỉ là một phép tính gần đúng dựa trên toán học, trong khi biến dạng phẳng thể hiện ở các thành phần của nó.
• Bạn có thể sử dụng phân tích ứng suất phẳng cho một vật thể mỏng có độ sâu giới hạn, không giống như biến dạng phẳng, phân tích các vật thể có độ sâu vô hạn.
• Ứng suất trong mặt phẳng, ứng suất dọc theo một thành phần luôn bằng không. Mặt khác, biến dạng phẳng giả sử biến dạng theo một hướng bằng không.
• Ứng suất phẳng gây ra biến dạng ngoài mặt phẳng, trong khi biến dạng phẳng không cho phép bất kỳ biến dạng ngoài mặt phẳng nào.

Bài viết liên quan

2 Pi con dốc; Pi r Squared: Sự khác biệt là gì?

Sự khác biệt giữa vectơ và tenxơ là gì? (Giải thích)

Sự khác biệt giữa Trực giao, Pháp tuyến và Vuông góc khi xử lý các vectơ là gì? (Giải thích)