تنش در مقاومت مصالح | مبانی رفتار داخلی اعضای سازهای

بخش اول
تنش چیست و چرا در طراحی مهم است؟
برای مطالعه لطفا کلیک کنید
برای درک تنش، کافی است به بدن انسان فکر کنیم. وقتی نیرویی به دست شما وارد میشود، این نیرو فقط روی پوست اثر نمیگذارد؛ بلکه به استخوانها و حتی ذرات ریزتر منتقل میشود.
این توزیع نیروی داخلی بین ذرات ماده همان تنش است.
در این ویدیو، تنش بهعنوان نیروی داخلی بر واحد سطح معرفی میشود و فلسفهی آن در طراحی سازه توضیح داده میشود. اصل اساسی طراحی این است که:
تنش ایجادشده در عضو باید کمتر از تنش مجاز مصالح باشد.
این اصل، پایهی فلسفه طراحی ایمن سازههاست.
در ادامه، واحد تنش معرفی میشود. تنش در دستگاه SI با پاسکال (Pa) بیان میشود که برابر است با نیوتن بر متر مربع. سپس واحدهای پرکاربردتر مانند مگاپاسکال (MPa) بررسی میشوند.
در مثال کاربردی این بخش، یک عضو خرپایی (میله AB) در نظر گرفته میشود. فرض میکنیم این میله در آزمایشگاه مقاومت مصالح تحت کشش قرار گرفته و نمودار تنش–کرنش آن به دست آمده است. از روی این نمودار، مقدار تنش مجاز (مثلاً 150 مگاپاسکال) مشخص میشود و بررسی میکنیم آیا عضو میتواند نیروی واردشده را تحمل کند یا خیر.
🎥 این مفاهیم در ویدیوی زیر بهصورت مفهومی و با مثال توضیح داده میشوند.
➡️ حالا که مفهوم کلی تنش را شناختیم، نوبت بررسی تنش محوری است.
بخش دوم
تنش محوری؛ نتیجهی نیروی همراستا با عضو
برای مطالعه لطفا کلیک کنید
تنش محوری زمانی به وجود میآید که نیروی وارد بر عضو، همراستا با محور آن باشد. در این حالت، عضو یا تحت کشش قرار میگیرد یا تحت فشار.
در این بخش، علت ایجاد تنش محوری بررسی میشود و نشان داده میشود که مؤلفهی نیروی واردشده در راستای محور عضو، عامل اصلی این نوع تنش است.
مثال این ویدیو شامل یک میله با مقطع دایرهای است که به تکیهگاه متصل شده و نیروی کششی به آن وارد میشود. برای محاسبه تنش محوری:
ابتدا سطح مقطع دایره محاسبه میشود
سپس نیرو بر سطح مقطع تقسیم میشود
رابطهی پایه تنش محوری بهصورت زیر بیان میشود:
تنش = نیرو / سطح مقطع
در این مثال، تنش بهدستآمده از نوع کششی است و مبنای مقایسه با تنش مجاز قرار میگیرد.
🎥 این تحلیل بهصورت عددی در ویدیوی زیر انجام میشود.
➡️ در ادامه، به حالتی میرسیم که نیرو عمود بر سطح اعمال نمیشود.
بخش سوم
تنش برشی؛ وقتی نیرو تمایل به لغزش دارد
برای مطالعه لطفا کلیک کنید
همیشه نیروها عمود بر سطح مقطع وارد نمیشوند. گاهی نیرو بهگونهای اعمال میشود که تمایل دارد دو بخش از عضو را روی هم بلغزاند.
در این حالت، نیروی برشی و در نتیجه تنش برشی ایجاد میشود.
در این بخش، تنش برشی معرفی میشود و تفاوت آن با تنش محوری توضیح داده میشود. از نظر فرمول، شباهت وجود دارد:
تنش = نیرو / سطح
اما تفاوت اصلی در این است که:
باید تشخیص دهیم کدام نیرو برشی است
و کدام سطح، سطح مقاوم در برابر برش محسوب میشود
برای روشن شدن مفهوم، دو المان در تماس با یکدیگر در نظر گرفته میشوند و سطح اتصال آنها بررسی میشود. این سطح، همان سطحی است که تنش برشی روی آن محاسبه میشود.
🎥 این مقایسه و تشخیص سطح برشی در ویدیوی زیر بهصورت تصویری توضیح داده شده است.
➡️ حالا که مفهوم تنش برشی روشن شد، میتوانیم آن را در یک اتصال واقعی بررسی کنیم.
بخش چهارم
تنش برشی در پیچ و تنش محوری در پلیتها
برای مطالعه لطفا کلیک کنید
در این ویدیو، تنش برشی در یک اتصال واقعی بررسی میشود:
دو پلیت که توسط یک پیچ به هم متصل شدهاند.
در این حالت:
پیچ تحت تنش برشی قرار دارد، چون نیرو تمایل دارد آن را در صفحه برش قطع کند
پلیتها تحت تنش محوری قرار میگیرند
برای محاسبه تنش برشی در پیچ:
نیروی واردشده بر سطح مقطع پیچ تقسیم میشود
اما برای محاسبه تنش محوری در پلیتها، یک نکته مهم وجود دارد:
سطح مقطع مؤثر پلیت، سطح خالص است؛ یعنی باید سطح مقطع پیچ از سطح کل پلیت کسر شود.
در این بخش، هم مفهوم و هم محاسبه عددی تنش برشی در پیچ و تنش محوری در پلیتها بررسی میشود.
🎥 مثال عددی این اتصال در ویدیوی زیر بهطور کامل حل شده است.
بخش پنجم
جمع بندی
برای مطالعه لطفا کلیک کنید
در این مجموعه، تنش بهعنوان پایهی رفتار ماده در سازه معرفی شد. با تنش محوری و تنش برشی آشنا شدیم، نحوه تشخیص نوع تنش و سطح مؤثر را یاد گرفتیم و دیدیم که این مفاهیم چگونه مستقیماً در تحلیل و طراحی اعضا و اتصالات استفاده میشوند.
درک صحیح تنش، پیشنیاز ورود به مباحثی مانند کرنش، نمودار تنش–کرنش و طراحی سازههای فولادی و بتنی است.
دیدگاهتان را بنویسید