Ứng suất là gì?

Ứng suất là gì?

Một khái niệm vô cùng quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đối với những người nghiên cứu, học vật lý và cả với những người làm xây dựng. Ứng suất là gì? Có những loại ứng suất nào ứng dụng nó như thế nào? Bài viết hôm nay chúng tôi sẽ cùng các bạn nghiên cứu.

Đọc thêm:

• Quy chuẩn xây dựng Việt Nam
• Nghị định số 46/2015/nđ-cp
• Kích thước gạch thẻ

Khái niệm ứng suất là gì?

Ứng suất (cg. sức căng), đại lượng biểu thị nội lực phát sinh trong vật thể biến dạng (x. Biến dạng) do tác dụng của các nguyên nhân bên ngoài như tải trọng, sự thay đổi nhiệt độ, v.v.

Phương trình ứng suất tổng quan: Ứng suất bằng lực chic cho diện tích bề mặt

Nội lực là gì:  Nội lực là lượng thay đổi những lực tương tác giữa các phần tử vật chất của vật thể. Theo định nghĩa này, ta thừa nhận nguyên lý: Vật thể ở trạng thái tự nhiên - nghĩa là ở trạng thái ban đầu, khi chưa có lực tác động bên ngoài, nội lực trong hệ bằng không.

Như vậy, ứng suất là gì? Chúng ta có thể hiểu đơn giản như sau: Ứng suất toàn phần p tại điểm đang xét là nội lực trên một đơn vị diện tích:
p = d(p)/d(A). Tứ nguyên của ứng suất là [ Lực/ [Chiều dài] ^2 "

Khi đã hiểu rõ ứng suất là gì, chúng ta cần biết, ứng suất chỉ xuất hiện bên trong hệ, do nội lực gây ra trên một đơn vị diện tích. Không nên hiểu Ứng suất là lực trên diện tích giống như Áp suất, hai khái niệm này khác nhau!

Ứng suất và ứng suất nhiệt

Bản chất của ứng suất nhiệt cũng như bản chất của ứng suất cơ nói chung. Ví dụ bạn ngàm 2 đầu của 1 thanh và nung nóng thì trong thanh xuất hiện ứng suất nhiệt do có giãn nở nhiệt.

Nguyên nhân gây ra ứng suất là gì?

Đó là sự chênh lệch (chặt chẽ hơn thì là gradient) nhiệt độ trong vật khi bị nung nóng, làm lạnh 1 cách đủ nhanh, và các quá trình không cân bằng lý xảy ra khi gia công vật.

Ứng suất và biến dạng khi hàn

Khi hàn: các phần tử của kết cấu hàn bị nung không đồng đều tới nhiệt độ cao gây nên ứng suất và biến dạng.
Tuỳ theo mức độ truyền nhiệt và cân bằng nhiệt độ, xảy ra sự thay đổi ứng suất và biến dạng một cách liên tục tại các điểm khác nhau của các chi tiết được hàn (nói cách khác: sự thay đổi của các trường ứng suất và biến dạng).
Các vấn đề nói trên hỏi có các cách tiếp cận khác nhau.

Vấn đề biến dạng ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình chế tạo kết cấu và chất lượng của nó. Trong nhiều trường hợp, ta phải khử nó (loại bỏ) thông qua nhiều biện pháp như:

-    Có qui trình công nghệ lắp ghép và hàn đúng
-    Chọn chế độ hàn hợp lý
-    Tạo biến dạng ngược sơ bộ, v.v.

Như vậy mới có thể khống chế được biến dạng dư trong phạm vi cho phép.

Sự biến đổi hình dạng và kích thước của vật trong nhiều trường hợp có ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng sử dụng chúng. Ví dụ các kết cấu dạng trụ bị cong còn làm xuất hiện thêm ứng suất uốn bổ sung.

Vì vậy vấn đề là phải xác định được biến dạng, ảnh huong của nó tới khả năng làm việc của kết cấu, đưa ra được các biện pháp tăng độ chính xác khi hàn chế tạo chúng. Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với các khâu thiết kế và chế tạo kết cấu hàn.

Cách phân loại ứng suất là gì?

Theo phạm vi tác động:

-    Ứng suất loại 1: nếu nó tác động và cân bằng trong phạm vi cỡ kích thước của vật hoặc từng phần (chi tiết) của nó. Đây là đối tượng nghiên cứu của chúng ta.
-    Ứng suất loại 2: nếu nó tác động và cân bằng trong pham vi một hoặc một số hạt tinh thể. Cũn được gọi là ứng suất tế vi (ứng suất loại 1: ứng suất thô đại). Khác ứng suất loại 1, chúng không có hướng xác định so với trục của vật hàn.
-    Ứng suất loại 3: nếu nó tác động giữa các phần tử của mạng tinh thể kim loại (ứng suất tế vi). Chúng cũng không có hướng xác định so với trục của vật hàn hoặc mối hàn.

Theo hướng phân bố trong không gian:

-    Ứng suất một chiều (các chi tiết dạng thanh).
-    Ứng suất hai chiều (phẳng): các chi tiết dạng tấm và vỏ.
-    Ứng suất ba chiều (không gian): các chi tiết có cả ba chiều kích th¬ớc.

Theo thời gian tồn tại:

-    Ứng suất tức thời: chỉ tồn tại trong quãng thời gian nhất định của quá trình nung nguội (ứng suất nhiệt).
-    Ứng suất dư: tồn tại cả sau khi vật hàn đã nguội hoàn toàn.

Theo hướng tác động so với trục mối hàn:

-    Ứng suất dọc: song song với trục mối hàn.
-    Ứng suất ngang: có hướng vuông góc với trục mối hàn.