Was ist der Unterschied zwischen Druck und Stress?
Antworten:
Druck ist eine Kraft, die auf die Oberfläche des betreffenden Materials ausgeübt wird. Es wird durch die Fläche geteilt, weil es verteilte Kräfte beschreibt (z. B. Kraft aus einem komprimierten Gas oder einer komprimierten Flüssigkeit oder gestapelten / gestapelten Feststoffen).
Spannung ist eine Kraft, die über die Dicke des betreffenden Materials verteilt ist. Es wird durch die Fläche geteilt, da die Kraft (wenn auch nicht immer gleichmäßig) durch den Querschnitt des Materials geteilt wird. Wenn Sie beispielsweise einen festen Materialblock haben, der ein Gewicht trägt, gibt Ihnen die Kraft aus dem Gewicht, geteilt durch die Breite und Tiefe dieses Bocks, die Spannung.
Während einige dieser Antworten nahe beieinander liegen, sind sie (zum Zeitpunkt des Schreibens dieser Antwort) alle bis zu einem gewissen Grad falsch.
Druck und Stress sind sehr eng miteinander verbunden - man könnte sogar argumentieren, dass Druck in gewissem Sinne eine Teilmenge von Stress ist. Um genau zu sein, ist der Druck in einem Material der isotrope Teil der Gesamtspannung in einem Material. Druck ist eine skalare Größe - in jeder Richtung gleich, während Spannung eine Tensorgröße ist, die alle Verformungskräfte erfasst.
Druck und Spannung hängen wie folgt zusammen: Wenn die Komponenten des Spannungstensors durch , ist der Druck (unter Verwendung der Einstein-Notation).
Das heißt, der Druck ist das Gegenteil des Durchschnitts der diagonalen Elemente des Spannungstensors.
Wenn es genauer um eine Randbedingung oder eine aufgebrachte Last für ein Strukturanalyseproblem geht, bezieht es sich speziell auf eine auf einen bestimmten Bereich angelegte Normalspannung.
Druck und Spannung sind beide Kräfte, die auf eine Oberfläche verteilt sind, aber im Wesentlichen zwei ganz unterschiedliche Konzepte. Der Hauptunterschied zwischen ihnen besteht darin, dass der Druck extern und der Stress intern ist .
Wenn Sie ein Objekt haben, ist Druck die Oberflächenkraft senkrecht auf die "Haut" dieses Objekts.
Um Stress zu definieren , ist es nützlich, sich ein festes Objekt vorzustellen, auf dessen Oberfläche eine Reihe äußerer Kräfte (Aktionen und Reaktionen) wirken. Aufgrund dieser Kräfte wird das Objekt verformt, bis es sich in einem Gleichgewichtszustand befindet. Wenn Sie dieses Objekt durchschneiden und einen Teil davon entfernen, sind Kräfte auf die durch den Schnitt freiliegende Oberfläche erforderlich, um das Objekt im gleichen deformierten Zustand zu halten und im Gleichgewicht zu halten. Diese inneren Oberflächenkräfte werden Spannungen genannt.
Während der Druck als senkrecht zur Oberfläche des Objekts definiert ist, gilt diese Einschränkung nicht für Spannungen. Auf die Innenfläche können Spannungen in jede Richtung ausgeübt werden. Dies ist ein weiterer Unterschied zwischen Druck und Stress. Spannungen senkrecht zur Innenfläche werden als "normale Spannungen" (Kompression oder Spannung) bezeichnet. Spannungen parallel zur Innenfläche werden als "Schubspannungen" bezeichnet.
Man könnte sagen, dass sie eng miteinander verbunden sind, aber während der Druck allgemeiner und omnidirektionaler ist (wie bei Gas), wird die Spannung in einem Festkörper definiert und ist ein Tensor - mit Faktoren, die für die Verschiebungskraft in 3 Dimensionen plus der Verdrehkraft in 3 Achsen verantwortlich sind.
Mit Druck nehmen Sie einen imaginären Kolben in einem Zylinder mit Vakuum und einem am Kolben angebrachten Dynamometer und messen, welche Kraft das Medium auf diese Wand ausübt, indem Sie es durch die Kolbenoberfläche teilen. Egal wie Sie es drehen, der Wert ist der gleiche.
Nehmen Sie jetzt ein paar Belastungsmessgeräte :
und bedecke sie mit Beton und bilde einen Betonbalken. Zuerst zeigen sie alle den gleichen Druck von flüssigem Beton. Wenn sich der Beton verfestigt, ändern sich die Anzeigen. Einige zeigen negative Werte, wenn sich der Balken entlang der Außenseite biegt und spannt. Andere zeigen den seitlichen Druck des Trägers, der sein eigenes Gewicht senkrecht zu seiner Länge ausübt. Wenn Sie den Strahl komprimieren, erhalten Sie in Längsrichtung ziemlich extreme Werte, aber winzige Negative von der Achse nach außen, wenn sich das komprimierte Material zu den Seiten ausdehnt. Wenn Sie versuchen, den Balken zu biegen, erhalten Sie einige kleine Negative an der Außenseite der Biegung, einige kleine Positive an der Innenseite, und dann schnappt der Balken. Es ist viel schwächer gegen negative Kräfte (auseinanderziehen) und diese werden auf die Außenseite der Biegung ausgeübt.
Wenn Sie also den 'Stress'-Wert verwenden, ist es immer wichtig zu schreiben, in welche Richtung der Stress Sie beschreiben, es sei denn, Sie geben den vollen Tensor an - es ist nicht allzu hilfreich, ihn wie Druck niederzulegen.
Der Druck ist die Kraft, die pro Flächeneinheit ausgeübt wird. Es entsteht durch äußere Kräfte auf die Oberfläche eines Objekts.
Wenn äußere Kräfte angewendet werden, werden zur Vermeidung von Verformungen innere Kräfte erzeugt, die als Spannungen bezeichnet werden. Sowohl Druck als auch Stress haben die gleiche Einheit.