Entendendo a tensão e o estresse: A relação explicada

1. O que é tensão? O que é microstrain? Qual é a unidade de deformação?

Em primeiro lugar, a maior parte do setor de monitoramento de segurança consiste em medir a deformação da estrutura que está sendo testada. Uma deformação excessiva pode causar acidentes.

Por exemplo, rachaduras em estruturas, afundamento e deslocamento entre a estrutura e uma referência fixa são deformações grandes que podem ser vistas a olho nu e podem ser medidas em milímetros usando medidores como medidores de rachaduras, níveis estáticos e medidores de deslocamento.

Mas como pode ser representada a pequena deformação causada pela compressão dentro da estrutura que está sendo testada ou pela flexão fora do objeto em forma de viga?

A resposta é a tensão.

Suponha que o comprimento de uma estrutura com comprimento L sofra deformação sob tensão e seu comprimento mude para L', então sua mudança no comprimento ΔL = L' - L, e a deformação ε é a proporção da mudança no comprimento ΔL em relação ao comprimento original L, a fórmula é a seguinte:

Então, qual é a unidade de tensão?

Como pode ser visto na fórmula, a deformação é uma proporção e não tem dimensão, ou seja, não tem unidade.

Então, o que é microstrain?

Como ΔL é muito pequeno, geralmente na faixa de mícrons, o valor da deformação calculada é muito pequeno, com muitas casas decimais, o que torna inconveniente a exibição e a visualização, de modo que foi introduzida a notação científica 10-6, chamada de microstrain με, que pode ser entendida como a unidade de microstrain é 10-6, e nossa faixa de medição de strain gauge é de ±1500 microstrains, sendo que o positivo indica alongamento e o negativo indica compressão.

2. O que é estresse? Qual é a relação entre deformação e estresse? Como a deformação calcula a tensão?

A deformação é uma pequena deformação dentro da estrutura que está sendo testada, então por que ela se deforma? Porque ela é submetida a uma força externa.

Tomando um píer de ponte como exemplo, se um caminhão totalmente carregado passar sobre a ponte, o píer sofrerá pressão adicional e produzirá compressão e deformação por compressão, enquanto o píer produzirá uma força interna para neutralizar a força externa e superar a deformação.

Essa força interna é o estresse. O estresse é definido como a força por unidade de área, que na verdade é a pressão, com unidades de MPa.

Então, qual é a relação entre a variável de deformação e a mudança na tensão que é suportada? Veja a fórmula de cálculo:

Na fórmula, σ representa a tensão, E é o módulo de elasticidade do material que está sendo testado, também conhecido como módulo de Young, que é uma quantidade física que descreve a elasticidade do material.

Ela pode ser vista como a capacidade do material de resistir à deformação (rigidez) e, de uma perspectiva micro, é a força de ligação entre átomos e moléculas.

Dois materiais com a mesma deformação (o mesmo valor de deformação), o material com maior resistência à deformação (um módulo de elasticidade maior) suportará uma tensão maior.

Por exemplo, o tofu e o bloco de ferro do mesmo tamanho, se sua altura for comprimida em 1 mm, o primeiro só precisa ser pressionado suavemente com a mão, enquanto o segundo deve ser auxiliado por uma ferramenta.

O módulo de elasticidade dos materiais de engenharia comuns pode ser encontrado em tabelas, como, por exemplo, o módulo de elasticidade do concreto C30 é 30000MPa (1N/mm² = 1MPa), e o módulo de elasticidade do aço carbono é de 206GPa.

O módulo de elasticidade Ec do concreto sob compressão e tensão deve ser adotado de acordo com a Tabela 4.1.5.

O módulo de deformação de cisalhamento Gc do concreto pode ser adotado como 40% do valor do módulo de elasticidade correspondente.

O coeficiente de Poisson Vc do concreto pode ser adotado como 0,2.

Tabela4.15 Módulo de elasticidade do concreto (×10⁴N/mm²).

Observação:

1. Quando há dados de teste confiáveis disponíveis, o módulo de elasticidade pode ser determinado com base nos dados reais medidos;

2. Quando uma grande quantidade de aditivos minerais é adicionada ao concreto, o módulo de elasticidade pode ser determinado com base em dados reais medidos de acordo com a idade especificada.

Tabela 1.1-13 Módulo elástico e coeficiente de Poisson de materiais comumente usados

Afinal, quando as tensões internas não podem ser medidas diretamente, a tensão pode ser calculada medindo-se a deformação e, em seguida, multiplicando-a pelo módulo de elasticidade do material