Осевое напряжение описывает величину силы на единицу площади поперечного сечения, которая действует в продольном направлении балки или оси. Осевое напряжение может привести к сжатию, изгибу, удлинению или разрушению элемента. Некоторые части, которые могут испытывать осевое усилие, - это строительные балки, шпильки и различные типы валов. Самая простая формула для осевого напряжения - это сила, деленная на площадь поперечного сечения. Однако сила, действующая на это поперечное сечение, может быть не сразу очевидна.
Определите величину силы, которая действует прямо перпендикулярно к поперечному сечению. Например, если линейное усилие встречается с поперечным сечением под углом 60 градусов, только часть этого усилия непосредственно вызывает осевое напряжение. Используйте тригонометрическую функцию синуса, чтобы измерить, насколько перпендикулярна сила к лицу; осевая сила равна величине силы, умноженной на синус угла падения. Если сила входит в 90 градусов к лицу, 100 процентов силы - осевая сила.
Выберите конкретную точку для анализа осевого напряжения. Рассчитайте площадь поперечного сечения в этой точке.
Рассчитать осевое напряжение за счет линейной силы. Это равно компоненту линейной силы, перпендикулярной грани, деленной на площадь поперечного сечения.
Рассчитайте суммарный момент, действующий на интересующее сечение. Для статического пучка этот момент будет равен и противоположен сумме моментов, действующих по обе стороны от поперечного сечения. Есть два типа моментов: прямые моменты, приложенные консольной опорой, и моменты, созданные вокруг поперечного сечения вертикальными силами. Момент, обусловленный вертикальной силой, равен его величине, умноженной на расстояние от точки интереса. Используйте функцию косинуса, чтобы вычислить вертикальную составляющую любых линейных сил, приложенных к концам оси.
Рассчитать осевое напряжение из-за моментов. Когда момент действует на ось, он создает напряжение в верхней или нижней его части, а сжатие - в другой. Напряжение равно нулю вдоль линии, проходящей через центр оси (называемой нейтральной осью), и линейно возрастает как к ее верхней, так и к нижней кромке. Формула для напряжения из-за изгиба имеет вид (M * y) / I, где M = момент, y = высота над или под нейтральной осью, а I = момент инерции в центроиде осей. Вы можете думать о моменте инерции как о способности лучей противостоять изгибу. Это число легче всего получить из таблиц предыдущих расчетов для общих форм поперечного сечения.
Добавьте напряжения, вызванные линейными силами и моментами, чтобы получить общее осевое напряжение для анализируемой точки.