Jaka jest różnica między ciśnieniem a stresem?

Ponieważ jednostki są takie same ( ), jaka jest różnica między ciśnieniem a stresem?$\frac{N}{m^2}$

Nacisk jest siłą przyłożoną do powierzchni danego materiału. Jest on podzielony przez obszar, ponieważ opisuje siły rozłożone (np. Siły ze sprężonego gazu lub cieczy lub ułożone w stos / ciała stałe).

Naprężenie jest siłą rozkładaną przez grubość danego materiału. Jest on podzielony przez obszar, ponieważ siła jest dzielona (choć nie zawsze równomiernie) przez przekrój materiału. Na przykład, jeśli masz solidny blok materiału podtrzymujący ciężar, siła od ciężaru, podzielona przez szerokość i głębokość tego bocka, daje ci stres.

Chociaż niektóre z tych odpowiedzi są bliskie, są one (w momencie pisania tej odpowiedzi) w pewnym stopniu nieprawidłowe.

Presja i stres są ze sobą ściśle powiązane - w rzeczywistości można argumentować, że presja jest w pewnym sensie podzbiorem stresu. Mówiąc ściślej, ciśnienie w materiale jest izotropową częścią całkowitego naprężenia w materiale. Ciśnienie jest wielkością skalarną - taką samą we wszystkich kierunkach, natomiast naprężenie jest wielkością tensora, która wychwytuje wszystkie siły odkształcające.

$\sigma_{ij}$

To znaczy, że ciśnienie jest przeciwieństwem średniej z diagonalnych elementów tensora naprężenia.

Mówiąc dokładniej w kategoriach warunków brzegowych lub przyłożonego obciążenia dla problemu analizy strukturalnej, odnosi się on konkretnie do przyłożonego normalnego naprężenia na danym obszarze.

Zarówno ciśnienie, jak i naprężenie są siłami rozłożonymi na powierzchni, ale w gruncie rzeczy są to dwie zupełnie różne koncepcje. Główną różnicą między nimi jest to, że presja jest zewnętrzna, a stres jest wewnętrzny .

Kiedy masz obiekt, nacisk jest siłą powierzchniową prostopadłą do „skóry” tego obiektu.

Aby zdefiniować naprężenie , warto wyobrazić sobie solidny obiekt z zestawem sił zewnętrznych (działań i reakcji) działających na jego powierzchnię. Z powodu tych sił obiekt ulega deformacji, dopóki nie znajdzie się w stanie równowagi. Kiedy wykonasz cięcie przez ten obiekt i usuniesz jego część, siły na powierzchni odsłoniętej przez cięcie będą potrzebne, aby utrzymać obiekt w tym samym stanie zdeformowanym i utrzymać go w równowadze. Te wewnętrzne siły powierzchniowe nazywane są naprężeniami.

Chociaż ciśnienie jest zdefiniowane jako prostopadłe do powierzchni obiektu, to ograniczenie nie dotyczy naprężeń. Naprężenia można przykładać w dowolnym kierunku na powierzchni wewnętrznej. To kolejna różnica między ciśnieniem a stresem. Naprężenia prostopadłe do powierzchni wewnętrznej nazywane są „naprężeniami normalnymi” (ściskanie lub rozciąganie). Naprężenia równoległe do powierzchni wewnętrznej nazywane są „naprężeniami ścinającymi”.

Można powiedzieć, że są ze sobą ściśle powiązane, ale podczas gdy ciśnienie jest bardziej ogólne, dookólne (jak w gazie), naprężenie jest zdefiniowane w bryle i jest tensorem - z czynnikami odpowiedzialnymi za siłę przemieszczenia w 3 wymiarach plus siłę skręcania w 3 osiach.

Za pomocą ciśnienia bierzesz wyimaginowany tłok w cylindrze z podciśnieniem, z dynamometrem przymocowanym do tłoka i mierzysz siłę wywieraną przez medium na tę ścianę, dzieląc ją przez powierzchnię tłoka. Bez względu na to, jak go obrócisz, wartość jest taka sama.

Teraz weź garść mierników odkształcenia :

i przykryj je betonem, tworząc betonową belkę. Na początku wszystkie pokażą to samo ciśnienie płynnego betonu. Ale gdy beton się zestali, odczyty się zmienią. Niektóre będą wykazywać wartości ujemne, gdy wiązka wygina się i odkształca wzdłuż zewnętrznej strony. Inni pokażą boczny nacisk wiązki wywierającej swój własny ciężar, prostopadle do jej długości. Jeśli ściśniesz wiązkę, otrzymasz dość ekstremalne wartości wzdłuż długości, ale drobne negatywy na zewnątrz od osi, gdy ściśnięty materiał rozszerza się na boki. Jeśli spróbujesz zgiąć wiązkę, dostaniesz kilka małych negatywów po zewnętrznej stronie zgięcia, kilka małych pozytywów po wewnętrznej stronie, a następnie wiązka pęknie; jest znacznie słabszy w stosunku do sił ujemnych (rozrywanie go) i są one wywierane na zewnętrzną stronę zakrętu.

Tak więc, gdy używasz wartości „naprężenia”, chyba że podasz pełny tensor, zawsze musisz koniecznie napisać, jaki kierunek naprężenia opisujesz - po prostu obniżenie go tak, jakby nacisk nie był zbyt pomocny.

Ciśnienie to siła przyłożona na jednostkę powierzchni. Powstaje w wyniku działania sił zewnętrznych na powierzchnię obiektu.

Gdy przykładane są siły zewnętrzne, w celu uniknięcia deformacji powstają siły wewnętrzne, które nazywane są naprężeniami. Zarówno ciśnienie, jak i stres mają tę samą jednostkę.