Hầu hết, trong các lĩnh vực như xây dựng, vật lý,… chắc hẳn khái niệm “ứng suất” gần như đều có liên quan mật thiết với nhau. Do đó, để hiểu được ứng suất là gì và nguyên nhân tạo ra ứng suất là như thế nào thì hãy cùng tìm hiểu nhé.
Ứng suất là gì?
Ứng suất kéo trên một mẫu hình lập phương
Chắc chắn có rất nhiều người khi nghe đến từ khóa “ứng suất” thì vẫn chưa thể hình dung ra nó là gì. Tuy nhiên, để hiểu theo khái niệm khoa học vật lý, thì ứng suất là một trong những đại lượng giúp thể hiện nội lực và được phát sinh bên trong một vật thể biến dạng do lực tác động của những yếu tố bên ngoài như nhiệt độ thay đổi, tải trọng…
Nguyên nhân gây ra ứng suất và biến dạng
Ứng suất trong vật liệu biến dạng liên tục.
– Khi người dùng hàn bất kỳ một vật bị nung nóng cục bộ với khoảng thời gian rất ngắn và đạt đến một nhiệt độ rất cao. Hơn nữa, đối với sự phân bố nhiệt độ theo một phương thẳng góc với trục mối hàn sẽ rất khác nhau do đó sự thay đổi về thể tích ở một vùng lân cận mối hàn cũng sẽ khác nhau và làm cho trong vật hàn sinh ra ứng suất.
– Ứng suất và biến dạng được sinh ra trong quá trình hàn chính là do các nguyên nhân sau:
+ Do nung nóng cũng như làm nguội không đều các kim loại và vật hàn. Sự phân bố của nhiệt độ trên vật hàn không được đều và làm cho vật hàn dãn nở không đều, do đó đã làm cho mối hàn và các vùng lân cận của mối hàn có tồn tại ứng suất. Khi đó, ứng suất này sẽ làm cho vật hàn bị biến dạng hay thậm chí là bị đứt.
+ Do độ co ngót của kim loại lỏng ở trong vũng hàn khi kết tinh.
+ Khi đông đặc kim loại lỏng sẽ bị giảm thể tích, vì vậy sẽ sinh ra ứng suất ở trong liên kết hàn. Đặc biệt, quá trình giảm thể tích của kim loại lỏng khi đông đặc còn được gọi là sự co ngót.
+ Do sự biến đổi tổ chức của kim loại với các mối hàn và các vùng lân cận xung quanh mối hàn.
+ Do chịu ảnh hưởng của nhiệt nên phần kim loại mối hàn và các vùng lân cận mối hàn được thay đổi tổ chức, do đó sẽ tạo nên ứng suất trong vật hàn. Đặc biệt là khi hàn các thép hợp kim và thép cacbon.
Ứng suất và biến dạng khi hàn
Ứng suất kéo trong thanh trụ.
Khi hàn thì các phần tử của kết cấu hàn bị nung sẽ không đồng đều tới nhiệt, do đó độ cao có thể gây ra ứng suất và biến dạng.
Tuỳ vào mức độ truyền nhiệt và cân bằng nhiệt độ mà sẽ xảy ra sự thay đổi ứng suất cũng như bị biến dạng một cách liên tục tại các điểm khác nhau của các chi tiết được hàn.
Các vấn đề được nêu trên đều có các cách tiếp cận khác nhau. Tuy nhiên, vấn đề biến dạng luôn bị ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình chế tạo kết cấu cũng như chất lượng của nó. Đặc biệt, trong nhiều trường hợp, người dùng sẽ phải khử nó thông qua nhiều biện pháp như sau:
– Tuân theo quy trình công nghệ lắp ghép và hàn đúng
– Lựa chọn chế độ hàn hợp lý
– Tạo cho biến dạng ngược sơ bộ.
Từ đó, người dùng có thể khống chế được biến dạng dư ở trong phạm vi cho phép.
Đặc biệt, sự biến đổi hình dạng cũng như kích thước của vật trong nhiều trường hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sử dụng. Ví dụ như các kết cấu dạng trụ bị cong và làm xuất hiện thêm những ứng suất uốn bổ sung.
Do đó vấn đề cần làm lúc này là phải xác định được độ biến dạng, mức ảnh hưởng của nó tới khả năng làm việc của kết cấu như thế nào và đưa ra được các biện pháp để tăng độ chính xác khi hàn và chế tạo chúng. Điều này có ý nghĩa rất quan trọng đối với các khâu thiết kế và chế tạo theo kiểu kết cấu hàn.
Cách phân loại ứng suất là gì?
Ứng suất theo phạm vi tác động:
– Ứng suất loại 1: nếu để nó tác động và cân bằng trong một phạm vi có kích thước của vật hoặc theo từng phần của nó. Do đó, đây là đối tượng nghiên cứu của chúng ta.
– Ứng suất loại 2: nếu như nó tác động và cân bằng trong phạm vi có một hoặc một số hạt tinh thể thì cũng được gọi là ứng suất tế vi. Khác với ứng suất loại 1 thì chúng không có hướng xác định so với trục của vật hàn kia.
– Ứng suất loại 3: nếu để nó tác động giữa các phần tử của mạng tinh thể kim loại thì chúng cũng không có hướng xác định so với trục của vật hàn hay là mối hàn.
Ứng suất theo hướng phân bố trong không gian:
– Ứng suất một chiều gồm các chi tiết dạng thanh.
– Ứng suất hai chiều bao gồm các chi tiết dạng tấm và vỏ.
– Ứng suất ba chiều bao gồm các chi tiết có cả ba chiều kích thước.
Ứng suất theo thời gian sẽ tồn tại:
– Ứng suất tức thời: chỉ được phép tồn tại trong một quãng thời gian ngắn nhất định của quá trình nung nguội.
– Ứng suất dư còn tồn tại lại sau khi vật hàn đã bị nguội hoàn toàn.
Ứng suất theo hướng tác động so với trục mối hàn:
– Ứng suất dọc được song song với trục mối hàn.
– Ứng suất ngang thường có hướng vuông góc với trục mối hàn.
Như vậy, trên đây là một số thông tin về ứng suất là gì và nguyên nhân tạo ra ứng suất là như thế nào. Hy vọng khi tham khảo những thông tin hữu ích này sẽ giúp bạn đọc có thể hiểu rõ hơn để có thể tự rút ra kinh nghiệm cho bản thân. Cảm ơn bạn đã quan tâm!
Tìm hiểu thêm:
- Hiệu suất là gì? Công thức tính hiệu suất
- Công suất phản kháng là gì? Khái niệm công suất phản kháng Q
- Điện trở suất là gì? Định nghĩa điện trở suất
- Sự khác nhau giữa dòng điện 1 pha và dòng điện 3 pha
- Dòng điện xoay chiều là gì? Ứng dụng của dòng điện xoay chiều
