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Stress (meccanica)

Autore: Leandro Alegsa

20-12-2020

Lo stress è la forza per unità di superficie su un corpo che tende a fargli cambiare forma.

Lo stress è una misura delle forze interne di un corpo tra le sue particelle. Queste forze interne sono una reazione alle forze esterne applicate al corpo che lo fanno separare, comprimere o scivolare. Le forze esterne sono forze superficiali o forze del corpo. Lo stress è la forza media per unità di superficie che una particella di un corpo esercita su una particella adiacente, attraverso una superficie immaginaria che le separa.

La formula per lo stress monoassiale normale è:

σ = F A \frac {\fscx130\fscy130\frx40}F{\fscx130\fscy130\frx40}F{\fscy130\frx40}A ${\sigma }={\frac {F}{A}}$

dove σ è la sollecitazione, F è la forza e A è la superficie.

Nelle unità SI, la forza è misurata in newton e la superficie in metri quadrati. Ciò significa che la sollecitazione è in newton per metro quadrato, o N/m2. Tuttavia, la sollecitazione ha una propria unità SI, chiamata pascal. 1 pascal (simbolo Pa) è uguale a 1 N/m2. Nelle unità imperiali, la sollecitazione è misurata in libbra-forza per pollice quadrato, che spesso è ridotta a "psi". La dimensione della sollecitazione è la stessa di quella della pressione.

Nella meccanica del continuum, il corpo deformabile carico si comporta come un continuum. Quindi, queste forze interne sono distribuite continuamente all'interno del volume del corpo materiale. (Ciò significa che la distribuzione delle sollecitazioni nel corpo si esprime come una funzione continua dello spazio e del tempo). Le forze causano la deformazione della forma del corpo. La deformazione può portare ad un cambiamento permanente della forma o ad un cedimento strutturale se il materiale non è abbastanza forte.

Alcuni modelli di meccanica del continuum trattano la forza come qualcosa che può cambiare. Altri modelli guardano alla deformazione della materia e dei corpi solidi, perché le caratteristiche della materia e dei solidi sono tridimensionali. Ogni approccio può dare risultati diversi. I modelli classici della meccanica del continuum assumono una forza media e non includono correttamente i "fattori geometrici". (La geometria del corpo può essere importante per la ripartizione delle sollecitazioni e per l'accumulo di energia durante l'applicazione della forza esterna).

Figura 1.1 Sollecitazione in un corpo di materiale deformabile caricato, assunto come un continuum.

Figura 1.2 Sollecitazione assiale in una barra prismatica caricata assialmente.

Stress da taglio

Ulteriori informazioni: Stress da taglio

Semplici sollecitazioni

In alcune situazioni, lo stress all'interno di un oggetto può essere descritto da un singolo numero, o da un singolo vettore (un numero e una direzione). Tre di queste semplici situazioni di stress sono la tensione normale monoassiale, la tensione di taglio semplice e la tensione normale isotropa.

Stress monoassiale normale

La sollecitazione di trazione (o tensione) è lo stato di sollecitazione che porta all'espansione; cioè, la lunghezza di un materiale tende ad aumentare nella direzione di trazione. Il volume del materiale rimane costante. Quando su un corpo vengono applicate forze uguali e opposte, allora la sollecitazione dovuta a questa forza viene chiamata trazione.

Pertanto in un materiale monoassiale la lunghezza aumenta nella direzione della sollecitazione di trazione e le altre due direzioni diminuiscono di dimensione. Nel modo uniassiale della tensione, la tensione di trazione è indotta da forze di trazione. La sollecitazione di trazione è l'opposto della sollecitazione di compressione.

Gli elementi strutturali in tensione diretta sono funi, ancoraggi per il terreno e chiodi, bulloni, ecc. Le travi soggette a momenti flettenti possono comprendere sia tensioni di trazione che di compressione e/o di taglio.

La sollecitazione a trazione può essere aumentata fino al raggiungimento della resistenza a trazione, cioè dello stato limite di sollecitazione.

Lo stress in corpi unidimensionali

Tutti gli oggetti reali occupano uno spazio tridimensionale. Tuttavia, se due dimensioni sono molto grandi o molto piccole rispetto alle altre, l'oggetto può essere modellato come unidimensionale. Questo semplifica la modellazione matematica dell'oggetto. Gli oggetti monodimensionali comprendono un pezzo di filo metallico caricato alle estremità e visto di lato, e una lamiera metallica caricata sulla faccia e vista da vicino e attraverso la sezione trasversale.

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Domande e risposte

D: Che cos'è lo stress?

R: La sollecitazione è la forza per unità di superficie su un corpo che tende a fargli cambiare forma. È una misura delle forze interne di un corpo tra le sue particelle ed è la forza media per unità di superficie che una particella di un corpo esercita su una particella adiacente attraverso una superficie immaginaria che le separa.

D: In che modo le forze esterne influenzano la sollecitazione?

R: Le forze esterne sono forze di superficie o forze corporee e causano la deformazione della forma del corpo, che può portare a un cambiamento permanente della forma o a un cedimento strutturale se il materiale non è abbastanza forte.

D: Qual è la formula della sollecitazione normale uniassiale?

R: La formula della sollecitazione normale uniassiale è σ = F/A, dove σ è la sollecitazione, F è la forza e A è la superficie. Nelle unità SI, la forza si misura in newton e l'area in metri quadrati, quindi la sollecitazione sarebbe newton per metro quadrato (N/m2). Tuttavia, esiste una propria unità SI per le sollecitazioni, chiamata pascal (Pa), che equivale a 1 N/m2. In unità imperiali, sarebbe misurata in libbre-forza per pollice quadrato (psi).

D: Che cosa presuppone la meccanica del continuo riguardo alla forza?

R: I modelli classici della meccanica del continuo presuppongono una forza media e non includono correttamente i fattori geometrici - cioè non tengono conto di come la geometria influisce sull'accumulo di energia durante l'applicazione di una forza esterna.

D: Come possono i diversi modelli dare risultati diversi quando si guarda alla deformazione della materia e dei corpi solidi?

R: I diversi modelli esaminano la deformazione della materia e dei corpi solidi in modo diverso, perché le caratteristiche della materia e dei solidi sono tridimensionali - quindi ogni approccio prende in considerazione aspetti diversi che possono portare a risultati diversi.

D: Come tratta la meccanica del continuo i corpi deformabili caricati?

R: La meccanica del continuo tratta i corpi deformabili caricati come continui - il che significa che le forze interne sono distribuite continuamente all'interno del volume del corpo materiale, invece di essere concentrate in determinati punti come nei modelli classici.