2. Кернеу. Кернеу түрлері.

Механикалық қасиеттердің объективті сипаттамасы ретінде беріктікті бағалау үшін кернеу деп аталатын арнайы өлшеу бірлігі енгізілген. Осы мақсатта сыртқы созылу күші немесе жүктемесіне әсер ететін біртекті цилиндрлік стержень түріндегі гипотетикалық қатты дене қолданылады.

І заңдылық. Стерженнің ішкі аймағын екіге бөлетін α бұрышымен әсер ететін күшке Р_сырт бағытталған аймақты бөлеміз. Бөліктің бір шетін ойша тастаймыз, ал оның қалған бөлігіне әсерін ішкі күштермен ауыстырамыз.

ІI заңдылық. Ньютонның III заңы бойынша үлгі материалы жағынан ішкі активті күштің әсеріне қарсы ықпал ететін ішкі күш Р_ішкі туады. Ньютонның ІІІ заңы бойынша орын ауыстыру болмаған кезде олар бір-біріне тең болады. Р_сырт=Р_ішкі

ІІІ заңдылық. Егер стержень материалы біртекті және изотопты (мысалы, поликристалдық үлгі) болса, онда оның қасиеті барлық бағыттар бойынша бірдей болады. Бұл ішкі күштің сыртқы күшке бірдей қарсы екенін көрсетеді.

2.1-сурет. Цилиндрлі стерженьнің бір осьті созылуының схемасы	2.2-сурет. Әсерлі күшті жанаспалы және нормальды құраушыларға салу

IV заңдылық. Стерженнің кесе көлденең қимасының ауданы қаншалықты көп болса, соншалықты ол оның формасы мен өлшемдерінің өзгеруі бойынша сыртқы күштің әсеріне қарсыластық көрсетеді. Ішкі күштің объект өлшеміне тәуелділігін алып тастау үшін оларды бірлік беткейге келтірілген деп қарастырады. Осылай алынған шаманы кернеу деп атайды. Оны σ әріпімен белгілейді, формуласы:

(2.1)

(Р күш, F аудан).

Сонымен кернеу дегеніміз оның қимасына аудандық бірлігенен қатысты денеге түсірілетін жүктемені атайды, бірақ бұл жағдайда кернеу сыртқы меншікті күшті емес, ал осы күшке әсер ететін материалдың ішкі реакциясын сипаттайтыны қарастырылмаған. Осыған байланысты кернеуді келесі анықтама бойынша айтуға болады: механикалық кернеу дегеніміз бірлік аудандағы сыртқы әсердің ықпалынан деформацияланған денеде туатын ішкі күштер аталады.

Механикалық кернеу дегеніміз бірлік аудандағы сыртқы әсерімен материалдағы байланыстың ішкі күшіне қарсыласуын сипаттайтын шама. Ең бастысы кернеу деформацияланған қатты дененің фундаменталды түсінігі. СИ бірлік жүйесінде күш Ньютонмен, қима ауданы м² өлшенсе, кернеу өлшем бірлігі Н/м²=Па.

Күш бірліктердің техникалық жүйесінде кгс, ал аудан мм² өлшенеді, кернеу кгс/мм²=9,8 МПА.

V заңдылық. егер еркін ауданға әсер ететін күшті векторлы шама ретінде осы ауданға перпендикуляр және оған параллелді құралғыш етіп алсақ, онда оны әрқайсысы материалда келесі түрде көрсетілген кернеу құрайды.

нормалды кернеу.

тангенсалды (жанаспалы) кернеу.

VI заңдылық. Құрылғысы, құрамы және қасиеті әртүрлі анизотропиялық материалдар жағдайында материалдың әрбір бөлігіндегі кернеуі де әртүрлі болады. Бұл жағдайда кернеуді S әрпімен белгілейді.

VII заңдылық. Механикалық кернеу әсер ететін күш байқалған кездегі көлденең қима ауданның өзгеру шамасына байланысты шартты және шынайы болады. Егер өзгеріс елеусіз болса, онда F₀=F_k. Мұндай кернеуді шартты кернеу деп атайды және σ, τ әріптерімен белгілейміз. Егер уақыт өте бастапқы қима айтарлықтай өзгерсе мұндай кернеуді шынайы деп, белгіленуі S әріпімен, ал жанаспалы t әріпімен белгіленуін атаймыз. F_k<F₀болса онда барлық кезде созылу да шынайы кернеу шартқа қарағанда көп, ал қысылу кезінде керісінше.

Нормалды және жанаспалы кернеулер арасындағы байланыс

Стержень қимасы оның осіне перпендикуляр емес жағдайда ол нормал оған еркін бұрышпен ось құраса, осы қимаға әсер ететін кернеу элипс пошымды болады және ауданы F/cos α(2,б-суреті) бойынша анықтайды. Осыған байланысты нормалды кернеу

(2.2)

Жанаспалы кернеу

(2.3)

Бұдан шығатыны нормалды кернеу максималды және α=0 бұрышымен P/F тең. Аймақ әсер ететін күшке α=90⁰ 0- α=45⁰ t_max=1/2 S_max. Сол себепті жалпы алғанда максимал тангенсалды кернеу максималды нормальды кернеуден екі есе аз.