مفهوم تنش و انواع آن

هنگامی که مواد مختلف در تحت بارگذاری قرار می گیرند، مفهومی به نام تنش و کرنش 

(Stress and Strain) معنا پیدا می کند. تنش (Stress) عبارت است از حاصل تقسیم نیرو بر واحد سطح و کرنش (Strain) نسبت تغییرات طول نمونه به طول اولیه آن است. شکل زیر جسمی را در حالت تعادل و تحت نیروهای خارجی P1 ، P2 ، P3 ، P4 ، P5 نشان می دهد. 

آزمايش كشش مهندسي براي نشان دادن اطلاعات اساسي درباره ي استحكام مواد و به عنوان آزمايشي براي پذيرش خصوصيات ماده كاربرد زيادي دارد. در اين آزمايش نمونه تحت نيروي كششي يك بعدي كه به طور پيوسته زياد مي شود،قرار دارد و اين در حالي است كه ازدياد طول نيز به طور همزمان مشاهده مي شود. تنش-كرنش مهندسي بر اساس بار وارده-ازدياد طول بنا مي شود(شكل 1). 

 از روی منحنی تنش-كرنش مي توان مقادیر تنش تسلیم نمونه، استحکام کششی ، ازدیاد طول و انرژی جذب شده توسط نمونه و… به دست آورد.

تنش:

نیروی وارد بر واحد سطح، «تنش» نامیده می‌شود. به بیان دیگر، تنش عبارت است از خارج قسمت برآیند نیروهای وارد بر سطحی از یک جسم به مساحت آن سطح. فرمول تنش برای یک سطح به این صورت است:

Ϭ= P/A

که در رابطه‌ی فوق Ϭ (خوانده می‌شود: زیگما) تنش، Pنیروی وارد شونده بر سطح و A مساحت مقطع تحت تنش است (شکل 1).

هرچه سطح اعمال نیرو در یک جسم بیشتر باشد، تنش کم‌تری به آن وارد می‌شود، چرا که نیروی اعمال شده در این سطح بزرگ توزیع می‌شود. تنش را عموما با یکی از واحدهایN/cm2 ، N/mm2 یا kg/cm2 نشان می‌دهند.

2-کرنش

هنگامیکه یک جسم تحت تنش قرار می‌گیرد، تغییر شکلی در راستای نیروی واردشده در آن به وجود می‌آید. نسبت تغییر شکل نسبت به طول اولیه‌ی جسم را «کرنش» می‌گویند. به بیان دیگر، کرنش عبارت است از خارج قسمت تغییر طول ناشی از تنش به طول اولیه پیش از اعمال تنش. معادله‌ی کرنش به صورت زیر است:

ε=Δl/L

∆l= L’-L

در روابط فوق ε (خوانده می‌شود: اپسیلون) کرنش، L طول اولیه جسم،L’ طول جسم پس از اعمال تنش، و ∆l تغییر طول ناشی از تنش در جسم است (شکل 2). در واقع، کرنش درصد تغییر طول ماده به ازای تنش وارد شده است و ارتباطی مستقیم با طول نهایی جسم ندارد. کرنش، عکس‌العمل مواد به تنش اعمال شده است. هر چه این کرنش کوچک‌تر باشد، آن ماده سختی بیشتری دارد و انعطاف‌پذیری کم‌تری از خود نشان می‌دهد. از آنجا که کرنش حاصل تقسیم دو عدد با واحد طول بر یکدیگر است، در عمل کرنش بدون واحد محسوب می‌شود.