کرنش چیست؟ – به زبان ساده

کرنش، نسبت تغییرات ابعاد به ابعاد اولیه است. این کمیت، یکی از خواص مکانیکی مواد محسوب می‌شود که در علوم مرتبط با مقاومت مصالح مورد مطالعه قرار می‌گیرد. گرایش‌های مختلف مهندسی مکانیک، مهندسی عمران، مهندسی مواد، مهندسی پزشکی و غیره، با مفهوم کرنش سر و کار دارند. کرنش ارتباط بسیار نزدیکی با تنش دارد. در واقع، کرنش به دلیل حضور تنش در یک ماده به وجود می‌آید. در این مطلب از مجله فرادرس قصد داریم ببینیم کرنش چیست و چگونه اندازه‌گیری می‌شود.

در ادامه، مفهوم کرنش را تعریف می‌کنیم. سپس، ضمن معرفی روش‌های اندازه‌گیری کرنش، عوامل ایجاد کرنش در مواد را مورد بررسی قرار می‌دهیم. علاوه بر این، به ارائه توضیح در مورد منحنی تنش-کرنش، انواع کرنش، قانون هوک و روش‌های تحلیل کرنش می‌پردازیم.

تعریف کرنش چیست؟

«کرنش» (Strain)، تغییر شکل نسبی ماده است که در حین بارگذاری و اعمال تنش به وجود می‌آید. کرنش، با توجه به شکل اولیه ماده تعریف و اندازه‌گیری می‌شود. به عنوان مثال، یک کِش را در نظر بگیرید. این کش، در حالت عادی، دارای یک طول مشخص است.

اگر دو سر کش را در دست بگیریم و آن را بکشیم، طول آن نسبت به طول اولیه افزایش می‌یابد. به این تغییر طول ناشی از اعمال نیرو و ایجاد تنش در کش، کرنش می‌گویند. کرنش و تنش، از مفاهیم بسیار مهم در علوم مهندسی و علم مواد به شمار می‌روند. طراحی قطعات مکانیکی و سازه‌های مهندسی، با در نظر گرفتن این مفاهیم انجام می‌گیرد.

ارتباط تنش و کرنش چیست؟

رابطه بین تنش و کرنش، رابطه علت و معلول است. تنش، باعث ایجاد کرنش در ماده می‌شود. این رابطه، یکی از پایه‌های اصلی علم مقاومت مصالح به شمار می‌رود. نیرو اعمال شده بر واحد سطح، تنش را به وجود می‌آورد. تنش، عکس‌العمل ذرات تشکیل‌دهنده یک ماده در برابر نیرو یا بارهای خارجی است. حرارت و رطوبت نیز می‌توانند عامل ایجاد این عکس‌العمل باشند. تنش، باعث تغییر شکل ماده نسبت به شکل اولیه آن می‌شود.

به تغییرات ابعادی ناشی از تنش، کرنش می‌گویند. رابطه بین این دو کمیت را معمولا با استفاده از یک نمودار نمایش می‌دهند. کرنش ناشی از تنش می‌تواند به صورت موقت یا دائمی باشد. در بخش‌های بعدی این مطلب، در مورد این مفاهیم به طور کامل بحث می‌کنیم.

اهمیت مطالعه کرنش در حوزه های مختلف چیست؟

مطالعه کرنش، از اهمیت ویژه‌ای در حوزه‌های درگیر با مقاومت مصالح برخوردار است. در هر رشته‌ای که نیاز به مطالعه رفتار مواد تحت بارگذاری باشد، قطعا در مورد کرنش بحث می‌شود. در ادامه، برخی از این رشته‌ها و کاربرد مطالعه کرنش در آن‌ها را معرفی می‌کنیم:

• مطالعه کرنش در علم مواد: تعیین خواص مکانیکی مواد، مقایسه رفتار مواد مختلف در معرض بارگذاری، پیش‌بینی حالت‌های مختلف شکست، تحلیل تنش‌های پسماند در فرآیندهای تولید و غیره
• مطالعه کرنش در مهندسی مکانیک: بررسی تغییر شکل قطعات مکانیکی در صنایع مختلف نظیر خودروسازی، هواپیماسازی، هوافضا و غیره به منظور بهبود طراحی جهت افزایش ایمنی و جلوگیری از شکست‌های احتمالی
• مطالعه کرنش در مهندسی عمران: تحلیل عملکرد سازه‌های عمرانی مانند پل، سد، تونل و المان‌های سازه‌ای ساختمان‌ها از جمله تیرها، ستون‌ها و اتصالات برای اطمینان از عملکرد صحیح و ایمن سازه‌ها در هنگام مواجهه با بارهای قابل انتظار
• مطالعه کرنش در مهندسی ژئوتکنیک و علوم زمین: شناخت رفتار انواع خاک و سنگ در شرایط بارگذاری مختلف و در مواجهه با پدیده‌های طبیعی مانند زلزله یا عملیات‌های عمرانی نظیر خاک‌برداری، ساخت سازه‌های نگهبان و غیره
• مطالعه کرنش در مهندسی پزشکی: ارزیابی رفتار مکانیکی بافت‌های زیستی (استخوان، غضروف و رگ‌های خونی)، ایمپلنت‌ها، پروتزها و غیره برای اطمینان از عملکرد مناسب در شرایط مختلف

مطالعه کرنش و اندازه‌گیری آن، از اهمیت بالایی برخوردار است. مهندسان و کارشناسان حوزه‌های مختلف، روش‌های متنوعی را برای اندازه‌گیری کرنش مورد استفاده قرار می‌دهند. در مطلب «استرین گیج (Strain Gauge) چیست؟ — از صفر تا صد»، اصول کار یکی از متداول‌ترین ابزارهای اندازه‌گیری کرنش را توضیح دادیم. در ادامه این مطلب از مجله فرادرس، دیگر روش‌های اندازه‌گیری کرنش را معرفی می‌کنیم.

کرنش چگونه اندازه گیری می شود؟

اصلی‌ترین روش‌های اندازه‌گیری کرنش، عبارت هستند از:

انتخاب روش مناسب برای اندازه‌گیری کرنش، به نوع کرنش، خواص مواد مورد آزمایش، وضوح فضایی مورد نظر، هزینه و پیچیدگی روش بستگی دارد. به عنوان مثال، در علم مواد، معمولا از روش‌های پیشرفته پراش نوترونی یا پراش اشعه ایکس برای اندازه‌گیری کرنش استفاده می‌شود.

فرمول محاسبه کرنش چیست؟

کرنش، نسبت تغییرات ابعاد جسم به ابعاد اولیه آن است. این کمیت، با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود:

$$\epsilon = \frac { L - L _ 0 }{ L _ 0 }$$

یا

$$\epsilon = \frac { \delta }{ L _ 0 }$$

• $$\epsilon$$: کرنش
• $$L$$: ابعاد ثانویه
• $$L _ 0$$: ابعاد اولیه
• $$\delta$$: تغییرات ابعاد

منابع مختلف، از عبارت‌های جبری متفاوت برای نمایش پارامترهای فرمول کرنش استفاده می‌کنند. با این وجود، تمام آن‌ها، نسبت بالا را نمایش می‌دهند. یکای ابعاد در صورت و مخرج فرمول کرنش، یکسان است.

واحد اندازه گیری کرنش چیست؟

کرنش، یک کمیت بدون واحد است. این کمیت، از تقسیم تغییرات ابعاد (واحد طول) بر ابعاد اولیه (واحد طول) به دست می‌آید. بنابراین، مولفه‌های کرنش، فقط با یک عدد بدون واحد نمایش داده می‌شوند. در برخی از موارد، این کمیت را به صورت عدد کسری یا درصد نیز بیان می‌کنند.

کرنش چه نوع کمیتی است و چگونه نمایش داده می شود؟

کرنش نیز مانند تنش، یک کمیت تانسور است. کمیت‌های تانسور، چندین مولفه دارند که امکان توصیف خصوصیات مکانیکی مواد در سه بعد را فراهم می‌کند. از نظر ابعادی، تانسور، در مرتبه بالاتری نسبت به کمیت‌های برداری و اسکالر قرار می‌گیرد. کمیت‌های اسکالر، تانسور مرتبه صفر (تنها دارای مقدار) بوده و کمیت‌های برداری، تانسور مرتبه یک (دارای مقدار و جهت) هستند. کمیت‌های تانسور مرتبه دو، مقدار و جهت را در چند بعد نمایش می‌دهند.

مولفه‌های تانسور کرنش، معمولا توسط ماتریس صورت می‌گیرد. ماتریس کرنش، از $$9$$ مولفه تشکیل می‌شود که شش مولفه آن (سه مولفه نرمال و سه مولفه برشی) مستقل هستند. ماتریس زیر، مولفه‌های تانسور کرنش را نمایش می‌دهد:

$${\varepsilon}=\left[\begin{array}{lll} \epsilon_{x x} , \ \epsilon_{x y} , \ \epsilon_{x z} \\ \epsilon_{y x} , \ \epsilon_{y y} , \ \epsilon_{y z} \\ \epsilon_{z x} , \ \epsilon_{z y} , \ \epsilon_{z z} \end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc} \epsilon_{x x} , \ \frac{1}{2} \gamma_{x y} , \ \frac{1}{2} \gamma_{x z} \\ \frac{1}{2} \gamma_{y x} , \ \epsilon_{y y} , \ \frac{1}{2} \gamma_{y z} \\ \frac{1}{2} \gamma_{z x} , \ \frac{1}{2} \gamma_{z y} , \ \epsilon_{z z} \end{array}\right]$$

همانطور که مشاهده می‌کنید، مولفه‌های ماتریس کرنش، متقارن هستند.

چگونه مسائل مربوط به کرنش را به راحتی حل کنیم؟

کرنش و محاسبه آن، از مهم‌ترین مباحث در رشته‌های مهندسی است. این مبحث، معمولا در در درس مقاومت مصالح به دانشجویان رشته‌های مهندسی مکانیک، مهندسی عمران، مهندسی مواد، مهندسی معدن، مهندسی پزشکی و غیره آموزش داده می‌شود. مسائل مربوط به کرنش و تنش، در امتحانات دانشگاهی و کنکورهای ارشد و دکتری مورد سوال قرار می‌گیرند. به دلیل اهمیت بالای مسائل تنش و کرنش، دانشجویان و داوطلبان کنکور، معمولا به دنبال یادگیری روش‌های حل سریع این مسائل هستند. فرادرس، فیلم‌های آموزشی مفیدی را در زمینه مقاومت مصالح تهیه کرده است که می‌توانند شما را در یادگیری اصولی و راحت حل مسائل تنش و کرنش کمک کنند. لینک مشاهده این فیلم‌ها، در ادامه آورده شده است.

• مجموعه فیلم‌های آموزش مقاومت مصالح به همراه درس، حل مثال و تست فرادرس
  • فیلم آموزش مقاومت مصالح با مرور و حل تست کنکور ارشد فرادرس
  • فیلم آموزش مقاومت مصالح ویژه رشته عمران فرادرس
  • فیلم آموزش حل سوالات آزمون‌های استخدامی مقاومت مصالح فرادرس

چه عواملی باعث ایجاد کرنش می شوند؟

مهم‌ترین عواملی که باعث ایجاد کرنش در مواد می‌شوند، عبارت هستند از:

• تنش مکانیکی
• میدان مغناطیسی
• تشعشعات
• خستگی
• خزش
• فرآیندهای تولید

در ادامه، به توضیح نحوه ایجاد کرنش بر اثر هر یک از عوامل بالا می‌پردازیم.

نقش تنش مکانیکی در ایجاد کرنش چیست؟

تنش‌های مکانیکی، اصلی‌ترین عامل ایجاد کرنش در مواد هستند. اعمال نیرو یا بارهای خارجی به یک ماده، باعث ایجاد کرنش یا تغییر شکل می‌شود. این تغییر شکل‌ها می‌توانند الاستیک (برگشت‌پذیر) یا پلاستیک (برگشت‌ناپذیر) باشند.

نقش میدان الکترومغناطیسی در ایجاد کرنش چیست؟

یکی از عوامل ایجاد کرنش، القای مغناطیسی ناشی از میدان الکترومغناطیسی است. هنگام قرارگیری مواد در معرض جریان‌های الکتریکی و میدان‌های مغناطیسی، امکان جابجایی جزئی الکترون‌ها و یون‌ها وجود دارد. بر اثر این جابجایی‌ها، ماده تغییر شکل می‌دهد و متحمل کرنش می‌شود. البته این کرنش‌ها در برابر کرنش‌های ناشی از تنش‌های مکانیکی، کوچک هستند.

هرچه شدت میدان بیشتر باشد، تغییر شکل و کرنش ماده نیز بیشتر خواهد بود. رابطه بین میدان‌های الکترومغناطیسی و کرنش، در ساخت اکچویتورها، سنسورها و دستگاه‌های تنظیم تجهیزات صوتی کاربرد دارد.

نقش تشعشعات در ایجاد کرنش چیست؟

هنگام قرارگیری برخی از فلزات در معرض تشعشعات، پدیده‌ای با عنوان «سخت‌شوندگی تشعشعی» (Radiation Hardening) رخ می‌دهد. در این پدیده، ماده شکننده‌تر می‌شود اما استحکام آن افزایش می‌یابد. سخت‌شوندگی تشعشعی، احتمال ایجاد کرنش ناشی از تنش مکانیکی را کاهش می‌دهد. تشعشع، به اتم‌ها آسیب می‌زند و ساختار شبکه‌ای آن‌ها را جابجا می‌کند. این جابجایی‌ها می‌توانند باعث ایجاد حفره، حلقه و نقص‌های دیگر در شبکه اتمی شوند.

به کرنش تشعشعی، «تورم ناشی از تشعشع» (Radiation-Induced Swelling) یا «تورم ناشی از نوترون» (Neutron-Induced Swelling) نیز می‌گویند. در این نوع کرنش، حجم ماده افزایش می‌یابد. برخلاف تنش‌های مغناطیسی، کرنش‌های تشعشعی با چشم غیرمسلح قابل رویت هستند. تاثیر تشعشعات بر روی تغییر شکل مواد، به فلزات محدود نمی‌شود. به عنوان مثال، در بمباران اتمی هیروشیما و ناگاساکی، بسیاری از افرادی که در معرض تشتعات قرار گرفتند، با تغییر شکل در صورت و بدن خود مواجه شدند.

نقش خستگی در ایجاد کرنش چیست؟

«خستگی» (Fatigue)، تضعیف تدریجی ماده بر اثر قرارگیری در معرض چرخه‌های بارگذاری و باربرداری متناوب است.

در این پدیده، ماده نه به دلیل شدت تنش و کرنش، بلکه به دلیل تکرار فرآیند ایجاد تنش و کرنش و برگشتن به حالت اولیه، مقاومت خود را به مرور زمان از دست می‌دهد و در نهایت می‌شکند.

نقش خزش در ایجاد کرنش چیست؟

«خزش» (Creep)، یک نوع تغییر شکل وابسته به زمان است که بر اثر قرارگیری مداوم یک ماده در معرض بارگذاری‌های ثابت به وجود می‌آید. در فرآیند خزش، میزان بار اعمال شده معمولا زیر مقاومت تسلیم بوده و دمای ماده، بالا است. برای درک کرنش‌های ناشی از خزش، یک درخت را در نظر بگیرید که به شاخه آن، یک وزنه متصل شده است (بارگذاری). فرض می‌کنیم این وزنه، تنشی پایین‌تر از تنش تسلیم را در شاخه درخت به وجود می‌آورد.

در حالت عادی، اگر وزنه را از شاخه درخت جدا کنیم (باربرداری)، شاخه به وضعیت اولیه خود بازمی‌گردد. به عبارت دیگر، در این فرآیند، شاخه رفتار الاستیک را از خود به نمایش می‌گذارد. اگر وزنه را از شاخه درخت جدا نکنیم و آن را برای مدت طولانی (چند روز تا چند هفته) به همان شکل رها کنیم، پس از جدا کردن وزنه مشاهده خواهیم کرد که شاخه به طور کامل به محل اولیه خود بازنمی‌گردد. در واقع، طی این فرآیند بارگذاری، مقداری کرنش و تغییر شکل درون شاخه باقی می‌ماند. این پدیده، خزش است. کرنش ناشی از این فرآیند با عنوان «کرنش خزشی» (Creep Strain) شناخته می‌شود.

نقش فرآیندهای تولید در ایجاد کرنش چیست؟

فرآیندهای تولید نظیر ریخته‌گری، آهنگری، جوشکاری و غیره، می‌توانند باعث ایجاد کرنش در مواد شوند. عامل اصلی ایجاد کرنش در این فرآیندها، تنش‌های ناشی از دمای بالا و اعمال بار است.

پیامدهای کرنش چیست؟

از مهم‌ترین پیامدهای کرنش در مواد می‌‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تغییر شکل الاستیک
• تغییر شکل پلاستیک
• گسیختگی
• انبساط حرارتی
• کرنش سخت‌شوندگی

در ادامه، هر یک از موارد بالا را تعریف می‌کنیم:

تغییر شکل الاستیک ناشی از کرنش چیست؟

«تغییر شکل الاستیک» (Elastic Deformation)، هنگامی رخ می‌دهد که ماده، در معرض کرنش‌های کوچک قرار گرفته باشد. در این شرایط، پس از حذف عامل ایجاد تنش و کرنش (باربرداری)، ماده به حالت اولیه خود بازمی‌گردد. تنش و کرنش در محدوده تغییر شکل الاستیک، رابطه خطی دارند. این رابطه، از قانون هوک پیروی می‌کند. طراحی قطعات و سازه‌ها، با در نظر گرفتن محدوده الاستیک و حداکثر کرنش‌های مجاز در این محدود صورت می‌گیرد. اگر کرنش اجسام از محدود الاستیک فراتر برود، امکان تغییر شکل دائمی و حتی شکست وجود خواهد داشت.

تغییر شکل پلاستیک ناشی از کرنش چیست؟

«تغییر شکل پلاستیک» (Plastic Deformation)، هنگامی رخ می‌دهد که میزان تنش و کرنش ایجاد شده در ماده، از یک مقدار مشخص عبور کند. در این شرایط، پس از حذف عامل ایجاد تنش و کرنش، شکل ماده به حالت اولیه بازنمی‌گردد. البته، هر ماده با توجه به ظرفیت خود در بازگشت به آرایش اتمی قبلی، تحت تاثیر تغییر شکل پلاستیک قرار می‌گیرد. این موضوع، بر روی میزان بازگشت تغییرشکل تاثیر می‌گذارد.

در نمودار تنش-کرنش، محدوده پلاستیک بعد از محدوده الاستیک قرار دارد. در این محدوده، رابطه تنش و کرنش دیگر خطی نیست. بنابراین، رفتار ماده در محدوده پلاستیک، از قانون هوک پیروی نمی‌کند و پیش‌بینی رفتار ماده در این محدوده، پیچیده‌تر و دشوارتر می‌شود. به همین دلیل، تحلیل تنش و کرنش در محدوده پلاستیک، معمولا توسط روش‌های عددی و نرم‌افزارهای کامپیوتری صورت می‌گیرد.

شکست ناشی از کرنش چیست؟

هنگام قرارگیری ماده در معرض نیروهای بزرگ و تجربه تنش و کرنش زیاد، رفتار آن از محدوده‌های تغییر شکل الاستیک و پلاستیک فراتر می‌رود و امکان از هم‌گسیختگی پیوند بین اتم‌ها و رخ دادن شکست افزایش می‌یابد. اگر میزان تنش اعمال شده از مقاومت نهایی بیشتر باشد، شکست رخ می‌دهد. میزان کرنشی که یک ماده، قبل از رسیدن به مقاومت نهایی تجربه می‌کند، به عواملی نظیر تعداد نواحی تحت تغییر شکل، سیستم لغزش و پیوند اتمی بستگی دارد.

انبساط حرارتی ناشی از کرنش چیست؟

یکی از پدیده‌های مرتبط با کرنش، انبساط حرارتی است. قرارگیری در معرض دمای بالا/پایین، تغییر در انرژی جنبشی اتم‌ها را در پی دارد. به عنوان مثال، اگر دمای یک ماده را افزایش دهیم، اتم‌ها و مولکول‌های آن با سرعت بالاتری جنب و جوش می‌کنند. این تحرک، ذرات ماده را به سمت اشغال فضای بیشتر سوق می‌دهد. به این ترتیب، حجم ماده افزایش می‌یابد. در واقع، ماده با کرنش همراه می‌شود. این کرنش، طی فرآیند مذکور و به دلیل ایجاد تنش‌های حرارتی به وجود می‌آید.

سخت شوندگی کرنش چیست؟

برخی از مواد، هنگام قرارگیری در محدوده تغییر شکل پلاستیک، سخت‌تر و مقاوم‌تر می‌شوند. به این پدیده، «سخت‌شوندگی کرنش» (Strain Hardening) می‌گویند. سخت‌شوندگی کرنش، معمولا در فلزات و پلیمرها رخ می‌دهد. در بخش بعدی، بیشتر راجع به این پدیده صحبت می‌کنیم.

منحنی تنش-کرنش چیست و چه کاربردی دارد؟

ابزارهای زیادی برای مطالعه مقاومت مصالح و رفتار مواد در شرایط بارگذاری مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این میان، یکی از ساده‌ترین و در عین حال، مفیدترین ابزارهای تحلیلی در حوزه مقاومت مصالح، «منحنی تنش-کرنش» (Stress-Strain Curve) است. این منحنی، از یک محور عمودی و یک محور افقی تشکیل می‌شود.

محور عمودی منحنی تنش-کرنش، میزان تنش اعمال شده بر ماده را نمایش می‌دهد. محور افقی، کرنش ایجاد شده در حین بارگذاری است. مهندسان با نگاه کردن به این منحنی می‌توانند اطلاعات بسیار مفیدی را در کمترین زمان ممکن به دست بیاورند.

با بررسی منحنی تنش-کرنش، به چند نقطه مهم در این منحنی می‌رسیم. این نقاط عبارت هستند از:

• حد تناسب (P): محدوده خطی منحنی تنش-کرنش
• حد الاستیک (E): حداکثر تنش به وجود آورنده تغییر شکل الاستیک
• نقطه تسلیم (Y): افزایش ناگهانی کرنش
• مقاومت نهایی (U): حداکثر تنش قابل تحمل توسط ماده در لحظه قبل از شکست
• نقطه شکست (F): محل شکست و جدا شدن ماده

منحنی تنش-کرنش مواد مختلف با یکدیگر تفاوت دارد. با یک نگاه ساده به این منحنی می‌توان به الاستیک یا پلاستیک بودن، مقاوم یا ضعیف بودن و دیگر خواص مکانیکی مواد پی برد. به عنوان مثال، شیب منحنی تنش-کرنش در محدوده الاستیک خطی (از تنش $$0$$ تا نقطه $$P$$)، مدول الاستیسیته ماده را نمایش می‌دهد. علاوه بر این، یکی دیگر از خاصیت‌های مهم مواد، با عنوان سخت‌شوندگی کرنش نیز در این منحنی قابل مشاهده است. منحنی تنش-کرنش، به دو دسته کلی منحنی تنش-کرنش واقعی و مهندسی تقسیم می‌شود. در ادامه، به معرفی برخی از مهم‌ترین مفاهیم مرتبط با کرنش در منحنی تنش-کرنش می‌پردازیم.

کرنش واقعی چیست؟

هنگام قرارگیری یک ماده در معرض بارگذاری، سطح مقطع آن تغییر می‌کند. این تغییر، شاید قابل توجه نباشد اما بر روی رفتار ماده در حین اعمال بار تاثیر می‌گذارد. هرچه مساحت سطح مقطع ماده در راستای عمود بر محور اعمال بار کمتر باشد، تنش ایجاد شده بیشتر می‌شود. افزایش تنش، افزایش کرنش را به همراه خواهد داشت. در طرف مقابل، افزایش مساحت سطح مقطع، منجر به کاهش تنش و کرنش می‌شود. این فعل و انفعال، چیزی است که معمولا در واقعیت رخ می‌دهد. به کرنشی که بر اساس محاسبه دقیق و نزدیک به واقعیت تنش در حین بارگذاری به دست می‌آید، «کرنش واقعی» (True Strain) یا «کرنش عملیاتی» (Operational Strain) می‌گویند. در کنار کرنش واقعی، کرنش مهندسی وجود دارد که در ادامه به ارائه رابطه بین این دو می‌پردازیم.

کرنش مهندسی چیست؟

محاسبه تنش و کرنش واقعی، فرآیند نسبتا دشوار و پیچیده‌ای است. به همین دلیل، این محاسبه، معمولا بر اساس یک سطح مقطع ثابت انجام می‌گیرد. ثابت در نظر گرفتن سطح مقطع در حین بارگذاری، تفاوت قابل توجهی را بر روی محل قرارگیری نقطه تسلیم و شکست در نمودار تنش-کرنش ایجاد نمی‌کند. به کرنشی که بر اساس محاسبه تنش با فرض ثابت بودن سطح مقطع ماده در حین بارگذاری به دست می‌آید، «کرنش مهندسی» (Engineering Strain) یا «کرنش اسمی» (Nominal Strain) می‌گویند. تصویر زیر، مقایسه‌ای از منحنی تنش-کرنش مهندسی و واقعی را نمایش می‌دهد.

رابطه بین کرنش واقعی و کرنش مهندسی به صورت زیر تعریف می‌شود:

$$\tilde{\varepsilon} = \ln { ( 1 + \epsilon ) }$$

• $$\tilde{\varepsilon}$$: کرنش واقعی
• $$\epsilon$$: کرنش مهندسی

از آنجایی که مهندسان طراحی المان‌ها را بر اساس محدوده الاستیک مواد و با در نظر گرفتن ضریب ایمنی و حاشیه ایمنی مناسب انجام می‌دهند، معمولا نیازی به استفاده از منحنی تنش-کرنش واقعی ندارند. از این‌رو، از منحنی تنش-کرنش مهندسی استفاده می‌کنند.

سخت شوندگی کرنش چیست؟

«سخت‌شوندگی کرنش» (Strain Hardening)، پدیده‌ای است که هنگام قرارگیری ماده در معرض تنش‌های بزرگ‌‌تر از تنش محدوده الاستیک رخ می‌دهد. این پدیده، با افزایش مقاومت ماده در حین تغییر شکل پلاستیک همراه است. به زبان ساده‌تر، وقتی ماده‌ای را در معرض بارگذاری قرار می‌دهیم، آن ماده مطابق با منحنی تنش-کرنش، عکس‌العمل نشان می‌دهد. در ابتدا، این عکس‌العمل به صورت تغییر شکل الاستیک است.

با رفتن به محدوده پلاستیک و پیش از رسیدن به مقاومت نهایی، ساختار میکروسکوپی ماده تغییر می‌کند. به این ترتیب، در صورت باربرداری در محدوده سخت‌شوندگی کرنش، خواص مکانیکی ماده بهبود می‌یابد و مقاومت نهایی بیشتر می‌شود.

انواع کرنش چه هستند؟

تقسیم‌بندی‌های متفاوتی برای انواع کرنش در حوزه مقاومت مصالح وجود دارند. این تقسیم‌بندی‌ها، معمولا بر اساس نحوه اعمال بار (منشا کرنش) انجام می‌گیرند. به عنوان مثال، بارهای محوری و تنش‌های نرمال، عامل اصلی رخ دادن کرنش‌های نرمال هستند. در ادامه، به معرفی این نوع کرنش و کرنش‌های دیگری نظیر کرنش برشی، صفحه‌ای، حجمی، حرارتی و پسماند می‌پردازیم.

کرنش نرمال چیست؟

«کرنش نرمال» (Normal Strain)، کرنشی است که بر اثر اعمال نیروهای محوری در جسم به وجود می‌آید. مقدار این کرنش، با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود:

$$\epsilon = \frac { \Delta L } { L _ 0 }$$

در برخی از منابع، فرمول زیر برای نمایش کرنش مورد استفاده قرار می‌گیرد:

$$\epsilon = \frac { \delta } { L }$$

• $$\epsilon$$: کرنش نرمال
• $$\Delta L$$ یا $$\delta$$: تغییرات ابعاد
• $$L _ 0$$ یا $$L$$: ابعاد اولیه

تصویر زیر، پارامترهای مورد استفاده در محاسبه کرنش نرمال را نمایش می‌دهد.

به کرنش نرمال، کرنش خطی نیز می‌گویند. کرنش‌های نرمال یا خطی، در مطالعه استحکام مواد در برابر بارهای محوری و مقاومت‌شان در برابر تغییر شکل به کار می‌روند. کرنش نرمال به دو دسته کرنش کششی و کرنش فشاری تقسیم می‌شود. در ادامه، هر یک از این نوع کرنش‌ها را تعریف می‌کنیم.

کرنش کششی چیست؟

«کرنش کششی» (Tensile Strain)، یکی از انواع کرنش‌های نرمال است که در بر اثر تنش‌های کششی به وجود می‌آید. این نوع کرنش باعث افزایش طول می‌شود. به همین دلیل، به آن کرنش مثبت نیز می‌گویند. فرمول کرنش کششی، تفاوتی با فرمول کلی تنش نرمال ندارد. البته علامت مقدار خروجی در محاسبات این نوع کرنش، مثبت خواهد بود.

کرنش فشاری چیست؟

«کرنش فشاری» (Compressive Stress)، یکی دیگر از انواع کرنش‌های نرمال است که به دلیل تشکیل تنش‌های فشاری به وجود می‌آید. این نوع کرنش، باعث کاهش طول می‌شود. به همین دلیل، به آن کرنش منفی نیز می‌گویند. در صورت محاسبه کرنش فشاری توسط فرمول کرنش نرمال، علامت مقدار به دست آمده منفی خواهد بود.

کرنش برشی چیست؟

«کرنش برشی» (Shear Strain)، هنگام لغزش ذرات ماده بر روی یکدیگر رخ می‌دهد. عامل اصلی ایجاد این نوع کرنش، اعمال بارهای موازی و مخالف به سطح مقطع جسم است. به این ترتیب و با تشکیل تنش‌های برشی، کرنش برشی به وجود می‌آید. برای درک کرنش برشی، دسته‌ای کارت را در نظر بگیرید که روی هم چیده شده‌اند. اگر به وجه کناری این کارت‌ها نیرو وارد کنیم، شکل آن‌ها به صورت زیر تغییر می‌کند. جابجایی کارت‌ها نسبت به موقعیت اولیه، کرنش برشی است. تصویر زیر، مکانیزم کلی این کرنش را نمایش می‌دهد.

کرنش برشی، با عنوان کرنش زاویه‌ای نیز شناخته می‌شود. فرمول کرنش برشی بر اساس زاویه برش نوشته می‌شود. این فرمول عبارت است از:

$$\gamma = \tan \theta$$

• $$\gamma$$: کرنش برشی
• $$\theta$$: زاویه برش

البته روش‌های مختلفی برای محاسبه کرنش برشی وجود دارند که فرمول آن‌ها را در ادامه می‌آوریم:

$$\gamma = \frac { x } { h }$$

• $$\gamma$$: کرنش برشی در یک المان مکعبی
• $$x$$: جابجایی ناشی از کرنش برشی
• $$h$$: تغییر ابعاد عرضی المان

$$\gamma = \frac { \tau } { G }$$

• $$\gamma$$: کرنش برشی ماده‌ای با مدول برشی مشخص
• $$\tau$$: تنش برشی
• $$G$$: مدول برشی

$$\gamma = \frac { \rho \phi } { L }$$

• $$\gamma$$: کرنش برشی شفت دایره‌ای تحت پیچش
• $$\rho$$: فاصله محور اعمال بار تا نقطه اندازه‌گیری کرنش
• $$\phi$$: زاویه پیچش در مقطع عرضی
• $$L$$: طول شفت

$$\gamma _ { max } = \frac { c \phi } { L }$$

• $$\gamma _ { max }$$: حداکثر کرنش برشی شفت دایره‌ای تحت پیچش
• $$c$$: شعاع مقطع شفت
• $$\phi$$: زاویه پیچش در مقطع عرضی
• $$L$$: طول شفت

کرنش صفحه ای چیست؟

«کرنش صفحه‌ای» (Plane Strain)، بر روی یک صفحه به وجود می‌آید. در این نوع کرنش، یکی از سه مولفه اصلی کرنش برابر با صفر می‌شود. به همین دلیل، تغییر ابعاد در فضای دوبعدی رخ می‌دهد. تصویر زیر، یک المان تحت کرنش صفحه‌ای و مولفه‌های نرمال و برشی در آن را نمایش می‌دهد.

کرنش حجمی چیست؟

«کرنش حجمی» (Volumetric Strain)، بر اثر اعمال نیروهای خارجی همه‌جانبه و یکنواخت (مانند فشار هیدرواستاتیک) به وجود می‌آید. در این نوع کرنش، ابعاد ماده در جهت‌های مختلف، به یک اندازه تغییر می‌کند. به همین دلیل، کرنش حجمی، بر اساس تغییرات حجم اندازه‌گیری می‌شود. فرمول کرنش حجمی عبارت است از:

$$\epsilon _ { v } = \frac { \Delta V } { V }$$

• $$\epsilon _ { v }$$: کرنش حجمی
• $$\Delta V$$: تغییرات حجم
• $$V$$: حجم اولیه

یکی از مفاهیم مرتبط با تنش و کرنش حجمی، مدول حجمی است. این کمیت، میزان مقاومت مواد در برابر فشردگی و تغییر حجم را نمایش می‌دهد. فرمول مدول حجمی به صورت زیر نوشته می‌شود:

$$K = - \frac { V \Delta P } { \Delta V }$$

• $$K$$: مدول حجمی
• $$V$$: حجم اولیه
• $$\Delta P$$: تغییرات فشار
• $$\Delta V$$: تغییرات حجم

عبارت $$\frac { V } { \Delta V }$$، عکس فرمول کرنش حجمی است. بنابراین می‌توانیم رابطه بین مدول حجمی و کرنش حجمی را به صورت زیر بیان کنیم:

$$K = - \frac { \Delta P } { \epsilon _ { v } }$$

کرنش حجمی، از اهمیت و کاربرد زیادی در حوزه‌های مهندسی و زمین‌شناسی، مخصوصا مهندسی ژئوتکنیک برخوردار است. به عنوان مثال، بسیاری از پروژه‌های تونل‌سازی و معدنکاری، با تحلیل تنش در اعماق زمین سر و کار دارند. هرچه به عمق بیشتری از زمین برویم، تنش‌های موجود، یکنواخت‌تر می‌شوند و به سمت اعمال فشار هیدرواستاتیک و ایجاد کرنش حجمی میل می‌کنند. به همین دلیل، کرنش حجمی، با عنوان کرنش هیدرواستاتیک نیز شناخته می‌شود.

کرنش حرارتی چیست؟

«کرنش حرارتی» (Thermal Strain)، به دلیل تغییرات دمایی و ایجاد تنش‌های حرارتی به وجود می‌آید. این نوع کرنش، ارتباط مستقیمی با پدیده انقباض و انبساط حرارتی دارد. انقباض و انبساط حرارتی، در یکی از وضعیت‌های مقید یا آزاد رخ می‌دهند. در صورت آزاد بودن ماده، امکان حرکت در همه جهات به صورت آزادانه وجود خواهد داشت. در صورت مقید و محدود بودن ماده، حرکت آن در جهت‌های خاص اتفاق می‌افتد. در این حالت، امکان ایجاد تنش، تغییرشکل یا حتی شکست وجود دارد. طراحی قطعات و سازه‌ها، باید با در نظر داشتن هر دو حالت (مقید یا آزاد) صورت گیرد تا در صورت مواجهه با تغییرات دمایی، مقاومت خوبی از خود به نمایش بگذارند.

کرنش حرارتی با استفاده از کرنش‌سنجی مکانیکی یا روش‌های تداخل‌سنجی اندازه‌گیری می‌شوند. فرمول محاسبه کرنش حرارتی، عبارت است از:

$$\epsilon _ { Thermal } = \alpha \Delta T$$

• $$\epsilon _ { Thermal }$$: کرنش حرارتی
• $$\alpha$$: ضریب انبساط حرارتی
• $$\Delta T$$: تغییرات دما

درک کرنش حرارتی و یادگیری محاسبه آن، از اهمیت بالایی در حوزه‌های طراحی و اجرای سازه‌های عمرانی برخوردار است. اطمینان از در نظر گرفتن تاثیر این نوع کرنش در محاسبات، امکان رخ دادن اتفاقات ناگوار در شرایط دمایی متغیر را کاهش داده و عمر سازه را افزایش می‌دهد. در یکی از مطلب‌های مجله فرادرس با عنوان «ضریب انبساط حرارتی بتن چیست؟ — اهمیت، عوامل موثر و آزمایش | آنچه باید بدانید»، به تعریف ضریب انبساط حرارتی بتن، به عنوان یکی از مهم‌ترین مصالح ساختمانی پرداخته‌ایم. با مطالعه این مطلب می‌توانید درک بهتری از اهمیت کرنش‌های حرارتی در پروژه‌های عمرانی پیدا کنید.

کرنش پسماند چیست؟

کرنش باقیمانده یا «کرنش پسماند» (Residual Strain)، کرنشی است که به دلیل حضور تنش‌های پسماند در ماده به وجود می‌آید. این نوع کرنش، با استفاده از دستگاه‌های پراش نوترون یا اشعه ایکس اندازه‌گیری می‌شود. کرنش پسماند، به منظور مطالعه وضعیت تنش‌های پسماند درون قطعه‌ها و سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. مطالعه این نوع کرنش، امکان جلوگیری از شکست‌های احتمالی را فراهم می‌کند. کرنش پسماند، از اهمیت بالایی در مهندسی سازه و فرآیندهای تولید برخوردار است.

تنش و کرنش پسماند، می‌توانند مطلوب یا نامطلوب باشند. در تولید شیشه حرارت دیده و بتن پیش‌تنیده، وجود تنش پسماند می‌تواند منجر به شکست شود. در برخی از فرآیندها نظیر لیزرزنی، تنش پسماند مطلوب در قطعات فلزی به وجود می‌آید. این تنش‌ها، مقاومت فشاری را بهبود می‌بخشند.

قانون هوک و ارتباط آن با کرنش چیست؟

«قانون هوک» (Hooke's Law)، یکی از مبانی پایه‌ای فیزیک است که نقش بسیار مهمی را در مطالعه کرنش مواد بازی می‌کند. بر اساس این قانون، کرنش ایجاد شده بر یک ماده، با تنش اعمال شده بر آن در محدوده رفتار الاستیک، رابطه مستقیم و متناسب دارد. فرمول ریاضی قانون هوک، به صورت زیر نمایش داده می‌شود:

$$\sigma = E \epsilon$$

• $$\sigma$$: تنش
• $$\epsilon$$: کرنش
• $$E$$: مدول الاستیسیته یا مدول یانگ

همان‌طور که مشاهده می‌کنید، در این فرمول، رابطه بین تنش و کرنش، خطی است. به این ترتیب، هنگام قرارگیری یک ماده در معرض بارهای خارجی، با استفاده از فرمول‌های محاسبه تنش و مدول الاستیسیته، می‌توان درک خوبی از میزان تغییر شکل آن ماده به دست آورد. مهندسان و طراحان، از این قانون برای پیش‌بینی رفتار مواد و کنترل تغییر شکل آن‌ها در حوزه‌های مختلف استفاده می‌کنند. مدول یانگ و نسبت پواسون، از مفاهیم مهم در مبحث کرنش و قانون هوک به شمار می‌روند. از این‌رو، در ادامه، به توضیح این مفاهیم می‌پردازیم.

 

مدول یانگ و ارتباط آن با کرنش چیست؟

«مدول یانگ» (Young's Modulus)، یکی از خواص مکانیکی مواد جامد با رفتار الاستیک خطی است که به عنوان معیاری برای درک صلبیت مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کمیت، نسبت تنش به کرنش در محدوده الاستیک را نمایش می‌دهد. بنابراین، فرمول مدول یانگ به صورت زیر نوشته می‌شود:

$$E = \frac { \sigma } { \epsilon }$$

• $$E$$: مدول یانگ
• $$\sigma$$: تنش
• $$\epsilon$$: کرنش

مقدار مدول یانگ مواد، معمولا با قرار دادن نمونه‌های آن‌ها تحت نیروهای فشاری یا کششی و اندازه‌گیری کرنش به دست می‌آید. در این فرآیند، ابتدا، میزان تنش با استفاده از فرمول کلی زیر محاسبه می‌شود:

$$\sigma = \frac { F } { A }$$

• $$\sigma$$: تنش
• $$F$$: نیروی محوری اعمال شده به ماده
• $$A$$: مساحت سطح مقطع در راستای عمود بر محور نیرو

پس از محاسبه تنش، نوبت به تعیین کرنش بر اساس فرمول زیر می‌سد:

$$\epsilon = \frac { \delta L } { L }$$

• $$\epsilon$$: کرنش
• $$\delta L$$: تغییرات ابعاد ماده
• $$L$$: ابعاد اولیه ماده

در نهایت، مدول یانگ یا الاستیسیته، از تقسیم تنش بر کرنش به دست می‌آید. این مدول، اهمیت بسیار بالایی در حوزه‌های مهندسی و علم مواد دارد. صلبیت، انعطاف‌پذیری، مقاومت در برابر تغییر شکل، توانایی تحمل نیروهای خارجی، حدود الاستیک و رفتار در مواجهه با تنش‌های مختلف، از اطلاعات مهمی هستند که با استفاده از مدول یانگ مورد مطالعه قرار می‌گیرند.

نسبت پواسون و ارتباط آن با کرنش چیست؟

هنگامی که یک ماده در معرض نیروی محوری قرار می‌گیرد، ابعاد آن با توجه به نوع نیرو (فشاری یا کششی)، در راستای محور اعمال نیرو، کاهش یا افزایش پیدا می‌کند (کرنش محوری). تغییرات ابعاد ماده در حین بارگذاری محوری، به کرنش محوری محدود نمی‌شود. به عبارت دیگر، ابعاد ماده در جهت عمود بر بارگذاری نیز با تغییر مواجه می‌شود (کرنش جانبی). «نسبت پواسون» (Poisson’s Ratio)، یکی دیگر از کمیت‌های مهم در حوزه مقاومت مصالح است که نسبت کرنش جانبی یک ماده به کرنش محوری آن را نمایش می‌دهد. فرمول این کمیت به صورت زیر نوشته می‌شود:

$$\nu = - \frac { \epsilon ' } { \epsilon }$$

• $$\nu$$: نسبت پواسون
• $$\epsilon '$$: کرنش جانبی
• $$\epsilon$$: کرنش محوری

نسبت پواسون در مواد مختلف متفاوت است. این نسبت در مواد همسانگرد، حدود $$\frac { 1 } { 3 }$$، در اکثر مواد فلزی بین $$\frac { 1 } { 4 }$$ تا $$\frac { 1 } { 3 }$$ و برای بتن بین $$\frac { 1 } { 10 }$$ تا $$\frac { 1 } { 5 }$$ است. بیشترین حد نسبت پواسون برای مواد لاستیکی (در حدود $$\frac { 1 } { 2 }$$) و کمترین آن برای موادی مانند چوب‌پنبه (نزدیک به $$0$$) است. به نظر شما، این اعداد، چه چیزی را نمایش می‌دهند؟

اگر یک المان لاستیکی را تحت کشش قرار دهیم، ابعاد آن در راستای محور اعمال کشش، افزایش می‌یابد. با این وجود، به دلیل ماهیت لاستیک و ضریب پواسون بالای آن، ابعاد این ماده در راستای عمود بر محور کشش یا همان راستای جانبی، به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. ضریب پواسون‌های مختلف برای کاربری‌های مختلف به کار می‌روند. در مهندسی، معمولا از قطعات و المان‌هایی استفاده می‌شود که ضریب پواسون یکسانی دارند.

متفاوت بودن ضریب پواسون در المان‌های متصل به هم، باعث پیچیده‌تر شدن محاسبات و تحلیل رفتار ماده می‌شود. علاوه بر این، امکان تغییر شکل بیش ار حد و ناپایداری نیز در این شرایط افزایش می‌یابد. به طور کلی، ضریب پواسون را می‌توان به عنوان یکی از مهم‌ترین خواص مواد در تحلیل کرنش در نظر گرفت. بسیاری از نرم‌افزارهای کامپیوتری در این حوزه، از مدول یانگ و ضریب پواسون به عنوان ورودی‌های اصلی تحلیل تنش و کرنش استفاده می‌کنند.

مسیر یادگیری صحیح و اصولی مفهوم کرنش چیست؟

درس مقاومت مصالح، یکی از دروس اصلی رشته‌های مکانیک، عمران، مواد، هوافضا، معدن و دیگر رشته‌های درگیر با مطالعه رفتار مواد تحت بارگذاری است. در اغلب رشته‌ها، درس استاتیک به عنوان پیش‌نیاز مقاومت مصالح در نظر گرفته می‌شود. از این‌رو، برای یادگیری اصولی مفاهیم مرتبط با این درس، ابتدا باید بر روی مفاهیم استاتیک تسلط پیدا کنید. به این ترتیب، ضمن تسلط بر روی مباحث مقاومت مصالح، قادر به حل سریع مسائل در امتحانات دانشگاهی و کنکورهای ارشد و دکتری خواهید بود. فرادرس، چندین فیلم آموزشی جامع و مفید را تهیه کرده است که می‌توانند به شما در یادگیری مفاهیم تئوری و تسلط بر روی حل مسائل استاتیک و مقاومت مصالح کمک کنند. لینک مشاهده این فیلم‌ها در ادامه آورده شده است.

• مجموعه فیلم‌های آموزش استاتیک به همراه درس، تمرین، حل مثال و تست فرادرس
  • فیلم آموزش استاتیک با مرور و حل تست کنکور ارشد مهندسی مکانیک فرادرس
  • فیلم آموزش ایستایی با مرور و حل تست کنکور ارشد فرادرس
• مجموعه فیلم‌های آموزش مقاومت مصالح به همراه درس، حل مثال و تست فرادرس
  • فیلم آموزش مقاومت مصالح با مرور و حل تست کنکور ارشد فرادرس
  • فیلم آموزش حل سوالات آزمون‌های استخدامی مقاومت مصالح فرادرس

روش های تحلیل کرنش چیست؟

روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری و تحلیل کرنش وجود دارند. به طور کلی، این روش‌ها به دو دسته آزمایشگاهی و ریاضی تقسیم می‌شوند. در ادامه، راجع به هر یک از این روش‌ها بحث می‌کنیم.

روش های ریاضی تحلیل کرنش

روش‌های ریاضی تحلیل کرنش، به دو دسته تحلیلی و عددی تقسیم می‌شوند:

• روش تحلیلی: استفاده از معادلات دیفرانسیل حاکم بر رفتار ماده برای به دست آوردن میزان تنش و تغییر شکل‌های ناشی از آن در محدوده الاستیک
• روش عددی: استفاده از ابزارهای کامپیوتری و فرمول‌های پیچیده ریاضی برای تعیین تنش و کرنش ماده در شرایط بارگذاری و هندسه پیچیده

روش‌های تحلیلی، برای مطالعه بر روی وضعیت کرنش مواد الاستیک خطی و شرایط بارگذاری ساده مناسب هستند. در طرف دیگر، روش‌های عددی، امکان تحلیل کرنش در هر نوع ماده‌ای با هندسه ساده تا پیچیده، رفتار خطی یا غیرخطی و شرایط بارگذاری استاتیک یا دینامیک را فراهم می‌کنند. از پرکاربردترین روش‌های عددی تحلیل کرنش می‌توان به به روش المان محدود و روش اجزای محدود اشاره کرد. مبانی و فرمول‌های ریاضی این روش‌ها، معمولا در نرم‌افزارهای کامپیوتری پیاده می‌شوند تا تحلیل تنش و کرنش، با استفاده از طراحی گرافیکی و پردازش رایانه‌ای صورت گیرد. برخی از بهترین و پرکاربردترین نرم‌افزارهای عددی مورد استفاده برای تحلیل و تنش و کرنش، عبارت هستند از:

• «اَنسیس» (ANSYS): تحلیل تنش و کرنش در حوزه‌های مهندسی سازه، سیالات، الکترومغناطیس و غیره
• «آباکوس» (Abaqus): تحلیل تنش و کرنش در حوزه‌های خودروسازی، هوافضا، عمران و غیره
• «سزار ۲» (CAESAR 2): نرم‌افزار تخصصی در حوزه تحلیل تنش و کرنش سیستم‌های پایپینگ در صنایع نفت، پتروشیمی و نیروگاه‌ها
• «سالیدورک» (SolidWorks): تحلیل تنش و کرنش استاتیک، دینامیک و حرارتی در حوزه طراحی و تولید قطعات
• «ایتبس» (ETABS): طراحی و تحلیل تنش و کرنش ساختمان‌های چند طبقه
• «اسلاید» (Slide): نرم‌افزار تخصصی تحلیل شیروانی‌ها در حوزه ژئوتکنیک

گزینه‌های نرم‌افزای متعددی برای اجرای تحلیل‌های ساده تا پیشرفته تنش و کرنش، وجود دارند. افراد مختلف با توجه به حوزه کاری، پیچیدگی پروژه، بودجه و تخصص می‌توانند نرم‌افزار مناسب را تهیه و از قابلیت‌های آن استفاده کنند. کسب مهارت و تسلط بر روی حتی یکی از نرم‌افزارهای تخصصی، فرصت‌های شغلی بیشتری را در اختیار شما قرار خواهد داد. به این منظور، فرادرس، فیلم‌های آموزشی جامع، مفید و کاربردی را تهیه کرده است که می‌توانند شما را در یادگیری سریع و اصولی نرم‌افزارهای تخصصی تحلیل تنش و کرنش یاری کنند. لینک مشاهده این نرم‌افزارها در ادامه آورده شده است:

• مجموعه فیلم‌های آموزش انسیس ANSYS فرادرس
• مجموعه فیلم‌های آموزش‌ آباکوس ABAQUS فرادرس
• فیلم آموزش تحلیل تنش پایپینگ با نرم افزار سزار Caesar فرادرس
• مجموعه فیلم‌های آموزش سالیدورکس SOLIDWORKS فرادرس
• مجموعه فیلم‌های آموزش ایتبس ETABS فرادرس
• فیلم آموزش تحلیل پایداری شیب با نرم افزار اسلاید Slide فرادرس

روش های آزمایشگاهی تحلیل کرنش

متداول‌ترین روش مطالعه بر روی رفتار مواد مختلف هنگام قرارگیری در معرض بارهای خارجی و اندازه‌گیری تنش و کرنش آن‌ها، اجرای آزمون‌های آزمایشگاهی است. در این روش، طبق استانداردهای معتبر ملی و بین‌المللی، نمونه‌هایی از ماده تهیه می‌شوند و در محیط آزمایشگاه، با استفاده از تجهیزات مخصوص، مورد بررسی قرار می‌گیرند. در ابتدای این مطلب از مجله فرادرس، به برخی از روش‌های اندازه‌گیری کرنش در آزمایشگاه از قبیل روش‌های مکانیکی (کرنش‌سنج، اکستنسومتر)، روش‌های تصویری (همبستگی و ردیابی تصویر دیجیتال، فتوگرامتری)، روش‌های غیرتماسی (تداخل سنجی مویر، تداخل‌سنجی الگوی پیسه الکترونیکی) و روش‌های پیشرفته (پراش نوترونی، پراش اشعه ایکس اشاره کردیم. از میان این روش‌ها، استفاده از کرنش‌سنج‌های الکتریکی، رواج بیشتری نسبت به روش‌های دیگر دارد.

کرنش‌سنج‌های الکتریکی، ترانسدیوسرهایی هستند که کرنش میانگین در یک جهت خاص را حین اعمال تنش مکانیکی یا حرارتی اندازه‌گیری می‌کنند. مبنای عملکرد این تجهیزات آزمایشگاهی، استفاده از رابطه بین تغییرات مقاومت الکتریکی در یک ماده با کرنش ایجاد شده در آن است. جدای از روش انتخابی برای اندازه‌گیری کرنش، خروجی‌های این فرآیند را می‌توان در موارد زیر به کار برد:

• تحلیل تنش آزمایشگاهی
• تحلیل تنش و کرنش پسماند
• مدل‌سازی تجربی
• تحلیل تنش و کرنش دینامیک

کرنش‌سنج‌ها، یکی از تجهیزات مهم در حوزه ابزار دقیق نیز به شمار می‌روند. فرادرس، یک فیلم آموزشی جامع و کاربردی را در زمینه معرفی اصول اندازه‌گیری و کار با ابزار دقیق تهیه کرده است که می‌تواند شما (دانشجویان یا فارغ‌التحصیلان رشته‌های برق، مکانیک و شیمی) را در یادگیری سریع و کاربردی این مبحث کمک کند. برای مشاهده فیلم آموزش ابزار دقیق Instrumentation فرادرس، بر روی لینک زیر کلیک کنید.