Principale stressdefinitie:
Hoofdspanning is de maximale en minimale spanning afgeleid van normale spanning onder een hoek op een vlak waar de schuifspanning nul is.
Hoe de hoofdspanning te berekenen?
Principale spanningsvergelijking | Belangrijkste stressformule:
Maximale en minimale hoofdspanningsvergelijkingen:
Hoofdspanningsafleiding | Bepaal de hoofdvlakken en de hoofdspanningen
Normale spanningen:
Differentiëren,
"P" stelt het hoofdvlak voor.
Er zijn twee belangrijke spanningen,
een in een hoek
en andere op
Maximale en minimale hoofdspanningen:
R=
vervanger in vergelijking 1:
vervangende waarde van R
Maximale en minimale normale spanningen zijn de belangrijkste spanningen:
De staat van stress:
De belangrijkste spanning is de referentiecoördinaatassen naar de weergave van de spanningsmatrix en deze spanningscomponenten zijn de betekenis van de spanningstoestand die kan worden weergegeven als,
Spanningstensor:
Hoofdspanningen van spanningstensor en spanningsinvarianten | hoofdspanningsinvarianten
Er zijn drie hoofdvlakken op elk belast lichaam, met normaalvectoren n, de zogenaamde hoofdrichtingen waar de spanningsvector in dezelfde richting is als normaalvector n zonder schuifspanningen en deze componenten zijn afhankelijk van de uitlijning van het coördinatensysteem.
Een spanningsvector parallel aan de normale eenheidsvector n wordt gespecificeerd als,
Waar,
\\lambda vertegenwoordigt de evenredigheidsconstante.
De belangrijkste stressvectoren weergegeven als,
De grootte van drie hoofdspanningen levert drie lineaire vergelijkingen op.
De determinant van de coëfficiëntenmatrix is gelijk aan nul en wordt weergegeven als,
Hoofdspanningen zijn de vorm van normale spanningen en de spanningsvector in het coördinatensysteem wordt als volgt in de matrixvorm weergegeven:
I1, I2, I3 zijn de spanningsinvarianten van de hoofdspanningen,
De spanningsinvarianten zijn afhankelijk van de hoofdspanningen en worden als volgt berekend,
De opdrachtgever benadrukt vergelijking voor spanningsinvarianten:
Belangrijkste stress-trajecten | Belangrijkste richtingen van stress
Spanningstrajecten tonen de hoofdspanningsrichtingen en hun variërende grootte van de hoofdspanningen.
Von misstaat spanning versus hoofdspanning
Von mist de hoofdspanningsvergelijking
Von Mises is de theoretische maat voor het criterium voor het falen van spanningsopbrengst in ductiele materialen.
Het positieve of negatieve teken hangt af van de belangrijkste spanningen.
Principal benadrukt Randvoorwaarden:
Faaltheorieën geven de vloeispanningen van de componenten die aan meerassige belasting worden onderworpen. Verder, wanneer het wordt vergeleken met het vloeigrens van de componenten, toont de marge van de veiligheid van de component.
Maximale hoofdspanning wordt overwogen voor broze elementen zoals gietstukken (dwz koppelingshuis, versnellingsbak, enz.)
Von-mises stress theorie is gebaseerd op: schuifspanning energietheorie wordt gesuggereerd voor ductiele materialen zoals aluminium, stalen componenten.
Waarom wordt von mises-spanning aanbevolen voor ductiele en hoofdspanning voor brosse materialen?
Het falen van brosse materialen die worden gebruikt voor uni-axiale tests, vindt plaats langs een vlak loodrecht op de belastingsas. Het falen is dus in het algemeen het gevolg van normale stress. Van alle theorieën over mislukking, is de belangrijkste stresstheorie gebaseerd op normale stress. Daarom wordt voor brosse materialen de hoofdspanningstheorie aanbevolen,
Nodulair materiaal faalt onder een hoek van 45 graden op het vlak van belasting. Het falen is dus te wijten aan schuifspanning. Van alle theorieën over falen is de afschuifspanning-energie of de von-misstheorie en de maximale schuifspanningstheorie gebaseerd op schuifspanning. Ter vergelijking: von mises geeft betere resultaten. Daarom wordt voor ductiele materialen de von mises-theorie aanbevolen.
Verschillende soorten stress
Absolute hoofdspanning | Effectieve hoofdspanning:
De belangrijkste spanningen zijn gebaseerd op maximale spanning en minimale spanning. Het bereik van de Stress ligt dus tussen de maximale en minimale stress (het stressbereik is beperkt en minder) en kan leiden tot een langere levensduur door vermoeidheid. Het is dus belangrijk om de effectieve hoofdspanning te achterhalen die de maximale waarde van de twee geeft gedurende de gegeven tijdsperiode.
Wat is de maximale normale spanningstheorie?
Dit stelt dat brosse breuk optreedt wanneer de maximale hoofdspanning groter is dan de compressie of de treksterkte van het materiaal. Stel dat bij het ontwerp rekening wordt gehouden met een veiligheidsfactor n. De veilige ontwerpomstandigheden vereisen dat.
Maximale hoofdspanningsvergelijking
Waar σ1, σ2, σ3 drie hoofdspanningen zijn, maximum, minimum en tussenliggend, in de drie richtingen, zijn Sut en Suc respectievelijk de ultieme treksterkte en de ultieme druksterkte.
Om bros falen te voorkomen, moeten de belangrijkste spanningen op elk punt in een constructie binnen de vierkante breukomhullende liggen op basis van de theorie van de maximale normaalspanning.
Maximale hoofdspanningstheorie |Maximale definitie van hoofdspanning
beschouw de tweedimensionale spanningstoestand en de bijbehorende hoofdspanningen zoals σ1> σ2> σ3
Waar σ3 = 0, kan σ2 druk- of trekvast zijn, afhankelijk van de belastingsomstandigheden, waarbij σ2 kleiner of groter kan zijn dan σ3.
Volgens de theorie van de maximale hoofdspanning zal falen optreden wanneer
σ1 of σ2 = σy of σt
De condities worden grafisch weergegeven met coördinaten σ1, σ2. Als de spanningstoestand met coördinaten (σ1, σ2) buiten het rechthoekige gebied valt, zal er een storing optreden volgens de theorie van de maximale hoofdspanning.
Mohr's cirkelprincipe benadrukt
Verklaar de cirkels van Mohr voor de driedimensionale toestand van stress:
- Beschouw een vlak met een referentiepunt zoals P. Sigma wordt weergegeven als normale spanning en tau door de schuifspanning op hetzelfde vlak.
- Neem een ander vlak met referentiepunt Q dat sigma en tau vertegenwoordigt als respectievelijk normale spanning en schuifspanning. Verschillende vlakken passeren punt p, verschillende waarden van hoofd- en schuifspanning.
- Voor elk vlak n kan een punt Q met coördinaten als schuifspanning en hoofdspanning worden gelokaliseerd.
- Bepaal de normaal- en schuifspanningen voor punt Q in alle mogelijke richtingen van n.
- Verkrijg drie hoofdspanningen als maximale hoofdspanning, minimale hoofdspanning en tussenliggende hoofdspanning en geef ze weer in oplopende volgorde van de waarden van de spanningen.
- Teken drie cirkels met diameters als het verschil tussen de hoofdspanningen.
- Het gearceerde gebiedsgebied is het cirkelvlakgebied van de Mohr.
- De cirkels stellen de cirkels van Mohr voor.
- (σ1-σ3) en de bijbehorende normaalspanning is (σ1 + σ3)
- Er zijn drie normale spanningen, net als drie schuifspanningen.
- De belangrijkste afschuifvlakken zijn de vlakken waar schuifspanningen werken en hoofdnormale spanning werkt in een vlak waar schuifspanning '0' is en schuifspanning werkt in een vlak waar de normale hoofdspanning nul is. De belangrijkste afschuifspanning werkt onder 45 ° ten opzichte van de normale vlakken.
De schuifspanningen worden aangegeven met
En de hoofdspanningen worden aangegeven met
Derde belangrijkste stress
3rd Principe Spanning is relatief ten opzichte van de maximale drukspanning als gevolg van de belastingsomstandigheden.
Voorbeelden van hoofdspanningen in 3D:
Voor driedimensionale gevallen hebben alle drie vlakken nul schuifspanningen, en deze vlakken staan onderling loodrecht, en normale spanningen hebben maximale en minimale spanningswaarden en dit zijn de normale spanningen die de belangrijkste maximale en minimale spanning vertegenwoordigen.
Deze hoofdspanningen worden aangegeven door,
σ1, σ2, σ3.
Voorbeeld:
3D-spanning in naaf-a een stalen as wordt met kracht in de naaf gepast.
3D-spanning in machinecomponent.
Belangrijkste deviatorspanning:
Hoofdafwijkende spanningen worden verkregen door de gemiddelde spanning van elke hoofdspanning af te trekken.
Tussenliggende hoofdstress:
De belangrijkste spanning, die noch maximum noch minimum is, wordt tussenliggende spanning genoemd.
Hoofdspanningshoek | Oriëntatie van hoofdspanning: θP
Oriëntatie van de hoofdspanning wordt berekend door de schuifspanning gelijk te stellen aan nul in xy-richting op het hoofdvlak dat over een hoektheta wordt geroteerd. Los θ op om θP te krijgen, de belangrijkste spanningshoek.
Belangrijke veelgestelde vragen (FAQ's):
Op welk materiaal is de theorie van de maximale hoofdspanning van toepassing?
Antwoord: broze materialen.
Wat zijn de 3 belangrijkste spanningen? Wat is maximale en minimale hoofdbelasting?
Maximale hoofdspanning | Belangrijkste hoofdspanning: meest treksterkte (σ1)
Minimale hoofdspanning | Kleine hoofdspanning: meest compressief (σ3)
Tussenliggende hoofdspanning (σ2)
Hoofdstress versus normale stress:
Normale spanning is de kracht die per oppervlakte-eenheid op het lichaam wordt uitgeoefend. Hoofdspanning is de spanning die wordt uitgeoefend op het lichaam zonder schuifspanning. De hoofdspanning heeft de vorm van normale spanning die maximale en minimale spanningen op het hoofdvlak geeft.
Hoofdspanning versus buigspanning:
Buigspanning is de spanning die in het lichaam optreedt als gevolg van het uitoefenen van een grote hoeveelheid belasting waardoor het object buigt.
Hoofdspanning versus axiale spanning:
Axiale spanning en hoofdspanning zijn de onderdelen van normale spanning.
Wat is de betekenis van voornaamste stress?
Principal Stress toont de maximale en minimale normale spanning. Maximale normale spanning toont het vermogen van het onderdeel om de maximale hoeveelheid kracht te verdragen.
Wat zijn de belangrijkste spanningen in een as met toegepaste koppel?
De schuifspanning als gevolg van koppel heeft maximale grootte bij de buitenste vezel. De buigspanning is te wijten aan horizontale belastingen (horizontale tandwielkrachten, riem- of kettingkrachten) die buigspanningen veroorzaken die maximaal zijn aan de buitenste vezels.
Waarom is de schuifspanning nul op het hoofdvlak?
De normale spanning is maximaal of minimaal en de schuifspanning is nul.
wanneer schuifspanning = 0,
Belangrijke voornaamste stressproblemen:
1) Een rechthoekige spanningsvector met een schuifspanning in XY-richting van 60Mpa en normale trekspanningen van 40Mpa.Hoe hoofdspanningen te vinden ?
Oplossing:
Gegeven:
Hoofdspanningen worden berekend als,
σ1 = 100 Mpa
σ2 = -20Mpa
2) Wat zijn de coördinaten van het middelpunt van de cirkel van Mohr voor een element dat wordt onderworpen aan twee onderling loodrechte spanningen, een treksterkte van magnitude 80 MPa en een andere compressie van magnitude 50 MPa?
σx = 80 MPa,
σy = -50 MPa
Coördinaten van het middelpunt van de cirkel van Mohr = [½ (σx + σy), 0]
= [(30/2), 0]
= (15,0)
3) Een lichaam werd onderworpen aan twee onderling loodrechte spanningen van respectievelijk -4 MPa en 20 MPa. Bereken de schuifspanning op het vlak van de afschuiving.
σx + σy / 2 = -4 + 20/2 = 8Mpa
Straal = σ1-σ2 / 2 = 20 - (- 4) / 2 = 12
waarbij σx, σy hoofdspanningen zijn
bij zuivere schuifspanning, σn = 0
schuifspanning = squareroot12 ^ 2-8 ^ 2 = 8.94Mpa.
4) Toepassing van hoofdspanning | Zoek de belangrijkste spanningen voor de volgende gevallen.
i)σx=30 MPa, σy=0, \\tau=15 MPa.
oplossing:
σ1 = 36.21 Mpa
σ2 = -6.21Mpa
ii)σx=0,σy=80MMpa, \\tau=60Mpa.
σ1 = 97 Mpa
σ2 = 12.92 Mpa
iii)\\tau=10Mpa, σx=50Mpa,σy=50Mpa.
σ1 = 60 Mpa
σ2 = 40 Mpa
5) De maximale hoofdspanning wordt gegeven 100 Mpa en de minimale hoofdspanning is 50 MPa. Bereken de maximale schuifspanning en de oriëntatie van het hoofdvlak met behulp van de cirkel van Mohr.
Gegeven:
Maximale hoofdspanning = 100Mpa (compressief)
Minimale hoofdspanning = 50 Mpa (compressief)
Oplossing:
Maximale schuifspanning is de straal van de cirkel van Mohr, dan kunnen we als volgt schrijven.
R=
2θ = 90, vanuit de richting van de maximale hoofdspanning.
Dus de oriëntatie op dat punt is θ = 45 vanaf de maximale hoofdspanning richting.
Voor meer artikel over werktuigbouwkunde klik hier
Ik ben Sulochana. Ik ben een mechanisch ontwerpingenieur: M.tech in ontwerptechniek, B.tech in werktuigbouwkunde. Ik heb als stagiair bij Hindustan Aeronautics gewerkt, beperkt in het ontwerp van de bewapeningsafdeling. Ik heb ervaring met R&D en design. Ik ben bedreven in CAD/CAM/CAE: CATIA | CREO | ANSYS Apdl | ANSYS Werkbank | HYPERMESH | Nastran Patran en in de programmeertalen Python, MATLAB en SQL.
Ik heb expertise op het gebied van eindige-elementenanalyse, ontwerp voor productie en assemblage (DFMEA), optimalisatie, geavanceerde trillingen, mechanica van composietmaterialen, computerondersteund ontwerp.
Ik ben gepassioneerd door mijn werk en leergierig. Mijn doel in het leven is om een doelbewust leven te leiden, en ik geloof in hard werken. Ik ben hier om uit te blinken op het gebied van Engineering door te werken in een uitdagende, plezierige en professioneel heldere omgeving waar ik mijn technische en logische vaardigheden volledig kan benutten, mezelf voortdurend kan upgraden en kan vergelijken met de besten.
Ik kijk ernaar uit om u te verbinden via LinkedIn –