Trekspanning uitgelegd:definitie, formule, eenheden en praktische voorbeelden

Trekspanning is een essentieel concept bij het begrijpen van de sterkte van materialen en hun vermogen om belastingen in de echte wereld te verdragen. Het is de verhouding tussen de rekkracht en het dwarsdoorsnedeoppervlak van een materiaal. In dit artikel worden de definitie, de formule en de meeteenheid van de trekspanning besproken.

Wat is trekspanning?

Trekspanning is de verhouding tussen de rekkracht die op een materiaal inwerkt en het dwarsdoorsnedeoppervlak van dat materiaal. Het is de kracht per oppervlakte-eenheid die een voorwerp onder spanning zet. Trekspanning wordt gemeten in gestandaardiseerde materiaaltests om de treksterkte aan te geven:de maximale spanning die een materiaal kan weerstaan ​​voordat het breekt. Het is een belangrijke parameter bij de keuze van materialen en treedt op wanneer een rekkracht op een materiaal inwerkt, of met andere woorden, wanneer een object onder "spanning" staat.

Wanneer treedt trekspanning op?

Trekspanning ontstaat wanneer er een rekkracht op een materiaal inwerkt, oftewel wanneer een voorwerp onder spanning staat.

Wat kan worden berekend als trekspanning op een materiaal inwerkt?

Wanneer trekspanning op een materiaal inwerkt, zijn er een aantal essentiële eigenschappen die als resultaat kunnen worden berekend, waaronder:

1. Modulus van veerkracht

De veerkrachtmodulus is de hoeveelheid energie die elastisch is opgeslagen in een materiaal per volume-eenheid. De veerkracht wordt berekend als het gebied onder de curve van de trekspanning-rekcurve, vóór de elastische limiet (voordat het materiaal plastisch begint te vervormen). Veerkracht geeft de energie aan die is opgeslagen in een materiaal dat onder spanning staat, omdat energie kan worden berekend als het product van kracht (spanning) en afstand (rek). De veerkrachtmodulus is specifiek per volume-eenheid.

2. Elasticiteitsmodulus

De elastische modulus, ook wel elasticiteitsmodulus of Young's modulus genoemd, kan worden berekend door trekspanning op een materiaal uit te oefenen. De elastische modulus is de verhouding tussen trekspanning en longitudinale rek (rek). Het wordt berekend als de gradiënt van de trekspanningscurve in het elastische gedeelte. De elastische modulus geeft aan hoeveel spanning een materiaal zal ondervinden wanneer het wordt blootgesteld aan een specifieke trekspanning.

3. Breukstress

Breukspanning is de trekspanning waarbij het materiaal breekt (breuken). Bij een trekspanningstest is breukspanning de spanning die wordt geregistreerd aan het einde van de proef wanneer breuk optreedt. Voor ductiele materialen zal de spanning bij breuk lager zijn dan de ultieme trekspanning, omdat er insnoering optreedt in het materiaalmonster.

4. Ultieme trekspanning

Ultieme trekspanning is de maximale trekspanning die een materiaal kan weerstaan voordat het breekt. Tijdens het testen (volgens de wet van Hooke) is de spanning evenredig met de rek (rek) van een materiaal in het elastische vervormingsgebied. Naarmate de spanning toeneemt, begint het materiaal plastisch (onomkeerbaar) te vervormen. De maximale trekspanning zal in het materiaal optreden op een punt in de plastische vervorming:dit is de ultieme trekspanning. Naarmate de spanning voorbij dit punt toeneemt, neemt de trekspanning af tot breuk.

De formule voor trekspanning

De formule voor trekspanning is eenvoudigweg kracht over oppervlakte, geschreven als:

σ =F/A

Trekspanning is de verhouding van de rekkracht die wordt uitgeoefend op het dwarsdoorsnedeoppervlak van het materiaal dat onder spanning staat.

Wat is de eenheid van trekspanning?

De eenheid van trekspanning is de pascal (Pa). Dit is kracht over een gebied, vergelijkbaar met druk; dus trekspanning deelt eenheden met druk. De eenheden kunnen daarom ook worden aangegeven als N/m2, of anders als psi. Vanwege de omvang van de treksterkte van gangbare materialen is MPa (1 x 106 Pa) de meest gebruikte eenheid.

Wat is het trekspanningssymbool?

Het symbool voor trekspanning is de Griekse kleine letter sigma σ.

Hoe bereken je de trekspanning?

Om de trekspanning te berekenen, begint u eerst met de formule:

σ =F/A

Trekspanning wordt berekend als de uitgeoefende trekkracht, gedeeld door het dwarsdoorsnedeoppervlak. De tweede stap is dan het vaststellen van de kracht die op het materiaal inwerkt, in Newton of pondkracht. De derde stap is het berekenen van het dwarsdoorsnedeoppervlak waarop de kracht inwerkt. Dit is met name het gebied loodrecht op de richting van de trekspanning. Het is essentieel om rekening te houden met de mogelijke vervorming van het object als gevolg van de trekspanning die erop inwerkt. De spanning zorgt ervoor dat het materiaal uitrekt, waardoor het materiaal dunner wordt en het dwarsdoorsnedeoppervlak kleiner wordt. Dit zou daarom idealiter gemeten moeten worden onder stress. Tenslotte wordt de trekspanning berekend door de kracht te delen door het dwarsdoorsnedeoppervlak.

Hoe begrijp je de trekspanningscurve?

Om de trekspanningscurve te begrijpen, is het belangrijk dat u eerst leert hoe de curve tot stand komt. Het te testen materiaal, in de vorm van een halter (of dogbone), wordt in een machine geplaatst die elk uiteinde vastgrijpt. De grepen bewegen dan langzaam uit elkaar, waardoor de spanning (verplaatsing) van het materiaal toeneemt en spanning wordt veroorzaakt. De spanning wordt verhoogd totdat het materiaal breekt, en de spanning wordt overal gemeten. De relatie tussen spanning en rek wordt uitgezet, met de voortdurend toenemende spanning op de X-as en de resulterende spanning op de Y-as.

Ten tweede zijn er belangrijke punten die moeten worden geïdentificeerd op de trekspanningscurve. Zie Figuur 1 hieronder: