В чем разница между давлением и стрессом?
Ответы:
Давление - это сила, приложенная к поверхности рассматриваемого материала. Он разделен на площадь, потому что он описывает распределенные силы (например, силу от сжатого газа или жидкости, или сложенных / сложенных твердых частиц.)
Напряжение - это сила, распределенная по толщине рассматриваемого материала. Он делится на площадь, потому что сила распределяется (хотя и не всегда равномерно) по сечению материала. Например, если у вас есть сплошной блок материала, поддерживающий вес, сила от веса, разделенная на ширину и глубину этого бока, дает вам напряжение.
Хотя некоторые из этих ответов близки, они (на момент написания этого ответа) все в некоторой степени неверны.
Давление и стресс очень тесно связаны - фактически можно утверждать, что давление, в некотором смысле, является подмножеством стресса. Чтобы быть точным, давление в материале является изотропной частью общего напряжения в материале. Давление является скалярной величиной - одинаковой во всех направлениях, а напряжение - тензорной величиной, которая охватывает все деформирующие силы.
То есть давление противоположно среднему значению диагональных элементов тензора напряжений.
Говоря более конкретно в терминах граничного условия или приложенной нагрузки для задачи структурного анализа, это относится конкретно к приложенному нормальному напряжению в данной области.
Давление и напряжение - это силы, распределенные на поверхности, но, по сути, это две совершенно разные концепции. Основное различие между ними заключается в том, что давление является внешним, а напряжение - внутренним .
Когда у вас есть объект, давление - это поверхностная сила, перпендикулярная «коже» этого объекта.
Для определения напряжения полезно представить твердый объект с набором внешних сил (воздействий и реакций), действующих на его поверхность. Из-за этих сил объект деформируется, пока не будет в состоянии равновесия. Когда вы сделаете разрез через этот объект и удалите его часть, потребуются усилия на поверхности, обнаженной разрезом, чтобы держать объект в том же деформированном состоянии и поддерживать его в равновесии. Эти внутренние поверхностные силы называются напряжениями.
Хотя давление определено перпендикулярно поверхности объекта, это ограничение не распространяется на напряжения. Напряжения могут быть приложены в любом направлении на внутренней поверхности. Это еще одна разница между давлением и стрессом. Напряжения, перпендикулярные внутренней поверхности, называются «нормальными напряжениями» (сжатие или растяжение). Напряжения, параллельные внутренней поверхности, называются «касательными напряжениями».
Можно сказать, что они тесно связаны, но в то время как давление является более общим, всенаправленным (как в газе), напряжение определяется в твердом теле и является тензором - с факторами, ответственными за силу смещения в 3 измерениях плюс силу скручивания по 3 оси.
Под давлением вы берете воображаемый поршень в цилиндре с вакуумом, с динамометром, прикрепленным к поршню, и измеряете, какое усилие оказывает среда на эту стенку, разделяя ее на поверхность поршня. Независимо от того, как вы включите его, значение одинаково.
Теперь возьмите кучу тензодатчиков :
и покрыть их бетоном, образуя бетонную балку. Сначала все они будут показывать одинаковое давление жидкого бетона. Но поскольку бетон укрепляется, показания изменятся. Некоторые будут показывать отрицательные значения, когда луч изгибается и деформируется вдоль внешней стороны. Другие будут показывать боковое давление луча, оказывающего собственный вес, перпендикулярный его длине. Если вы сожмете балку, вы получите довольно экстремальные значения по длине, но крошечные негативы наружу от оси, когда сжатый материал расширяется в стороны. Если вы попытаетесь согнуть луч, вы получите несколько небольших негативов на внешней стороне изгиба, несколько небольших позитивов на внутренней стороне, и тогда луч сломается; это намного слабее против отрицательных сил (разрывающих его), и они оказываются на внешней стороне изгиба.
Таким образом, при использовании значения «напряжение», если вы не дадите полный тензор, всегда важно записать, какое направление напряжения вы описываете - просто подавить его, как давление, не так уж и полезно.
Давление - это сила, приложенная на единицу площади. Это возникает из-за внешних сил на поверхности объекта.
При приложении внешних сил во избежание деформации генерируются внутренние силы, которые называются напряжениями. И давление и напряжение имеют одинаковую единицу.