บทที่1

ความแข็งแรงของวัสดุ 

                วิชาความแข็งแรงของวัสดุ กล่าวได้ว่าเป็นวิชาเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างแรงกระทำภายนอกที่มากระทำกับวัสดุ ลักษณะที่ทำการศึกษามีหลายรูปแบบเช่น โลหะในรูปแบบต่าง ๆ สะพาน ปั้นจั่น ชิ้นส่วนรถยนต์ เครื่องจักรกล เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เป็นต้น  โดยการวิเคราะห์ส่วนใหญ่เป็นการวิเคราะห์โครงสร้างของวัสดุสามารถรับน้ำหนักหรือแรงที่มากระทำได้หรือไม่ และ วัตถุเปลี่ยนรูปไปจากเดิมเพียงใดเมื่อรับแรงหรือน้ำหนักมากระทำกับวัตถุความเค้น (Stress) คือ แรงที่กระทำตั้งฉากกับพื้นที่ภาคตัดของวัตถุ

ชนิดของแรง

                แรงกระทำกับวัตถุสามารถแบ่งได้ 3 แบบ คือ

1.   แรงที่อยู่กับที่ (Static Load) เป็นแรงที่กระทำอยู่บนวัตถุโดยแรงมีขนาดที่คงที่หรือมีการเปลี่ยนแปลงแรงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

2. แรงกระทำต่อเนื่อง (Repeated Load) ลักษณะแรงที่กระทำกับวัสดุหรือโครงสร้างแบบซ้ำไปซ้ำมาเป็นจังหวะการเคลื่อนที่ เช่น การหมุนของเพลาลูกเบี้ยว การเคลื่อนที่ของก้านสูบ เป็นต้น

3.   แรงกระแทก (Impact Load) เป็นลักษณะของแรงที่กระทำกับวัตถุโดยที่เกิดขึ้นอย่างทันที่ทันใด เช่น แรงกระแทกจากการชนของวัตถุสองชนิด น้ำหนักตกกระทบโครงสร้าง เป็นต้น

1.ความเค้น (Stress)

                ความเค้น (Stress) เป็นแรงภายนอกที่กระทำกับพื้นที่หน้าตัดวัตถุ หรือกล่าวได้ว่าคือแรงภายนอกต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ที่กระทำกับวัตถุ

                เมื่อพิจารณาความเค้นที่เกิดขึ้นในวัตถุโดยพิจารณาพื้นที่หน้าตัด ภายในแรงดึง F ถ้าแรงที่ทำการดึงวัตถุมีแรงดึงวัตถุน้อยทำให้วัตถุยืดออกเพียงเล็กน้อยและไม่ยืดออกอีก แต่เมื่อใดแรงต้านทานภายในวัตถุมีค่าเท่ากับแรงภายนอกที่กระทำกับวัตถุหรือแรงดึง F โดยแรงต้านทานภายในมีตลอดพื้นที่หน้าตัดของวัตถุ ดังนั้นวัตถุอยู่ในสภาวะสมดุลโดยสามารถเขียนเป็นสมการได้ว่า

2. ชนิดของความเค้น

                ความเค้นที่เกิดขึ้นทำการแบ่งได้เป็น 3 ลักษณะ คือ

2.1         ความเค้นดึง (Tensile Stress)

2.2         ความเค้นอึด (Compressive Stress)

2.3         ความเค้นเฉือน (Shear Stress)

2.1 ความเค้นดึง (Tensile Stress)

วัตถุเกิดความเค้นดึง เมื่อมีแรงกระทำให้วัตถุยืดออกโดยแรงที่กระทำกับวัตถุมีทิศทางตั้งฉากกับวัตถุดังรูป

แบบฝึกหัด

1.เหล็กเส้นขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางขนาด 10 มิลลิเมตร นำมาใช้แขวนวัตถุมีน้ำหนักเท่ากับ 1,500 นิวตัน จงคำนวณหาความเค้นดึงที่เกิดขึ้น

2.จงหาแรงดึงท่อนโลหะกลมซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 มิลลิเมตร โดยความเค้นดึงห้ามเกิน 1,000 นิวตัน/ตารางมิลลิเมตร

3.วัตถุรับความเค้นดึง 350 นิวตัน/ตารางมิลลิเมตร มีแรงดึงกระทำเท่ากับ 400 นิวตัน จงคำนวณหาพื้นที่ที่เกิดความเค้นดึงนี้

4.ท่อเหล็กกลวง มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 160 มิลลิเมตร รับแรงดึง 800 กิโลนิวตัน จงคำนวณหาความหนาของท่อเหล็ก ถ้าความเค้นดึงห้ามเกิน 50 นิวตัน/ตารางมิลลิเมตร

https://www.youtube.com/watch?v=Vsxt7yN2qsM&list=PL36D3D3495AC22E3E
ดูตอนที่ 1 มี 6 วีดีโอเสริม เรื่องความเค้น