stress1

ความเค้น (Stress) และ ความเครียด ( Strain) ของโลหะ ความเค้น (Stress) ตามความเป็นจรงิ ความเค้นหมายถงึ แรงตา้ นทานภายในเน้ือวสั ดทุ มี่ ีต่อแรง ภายนอกที่มากระทาต่อหนงึ่ หน่วยพ้นื ท่ี แตเ่ น่ืองจากความไม่เหมาะสมทางปฏิบัติ และความยาก ในการวัดหาคา่ นี้ เราจึงมกั จะพดู ถงึ ความเค้นในรูปของแรงภายนอกทม่ี ากระทาต่อหนึ่งหนว่ ยพื้นท่ี ดว้ ยเหตุผลท่ีวา่ แรงกระทาภายนอกมีความสมดลุ กับแรงตา้ นทานภายใน การหาคา่ ความเคน้ สามารถเขียนเปน็ สมการไดด้ ังนี้คือ     เม่ือ  = ความเค้น (Stress) มีหนว่ ยเป็นปาสกาล (Pa, 1 Pa = 1N/m2) หรอื kgf/mm2 หรอื psi (lbf/in2)  = แรงภายนอกทีม่ ากระทา มีหนว่ ยเปน็ N หรือ kgf หรือ lbf  = พ้นื ที่ภาคตัดขวางที่แรงกระทา : m2 หรอื mm2 หรือ in2 โดยท่ัวไปความเคน้ สามารถแบง่ ออกได้เป็น 3 ชนิด ตามลกั ษณะของแรงท่มี า กระทา 1. ความเค้นแรงดึง (Tensile Stress) เกดิ ขน้ึ เมอื่ มีแรงดึงมากระทาตัง้ ฉากกบั พ้นื ท่ี ภาคตดั ขวาง โดยพยายามจะแยกเนอ้ื วัสดใุ ห้แยกขาดออกจากกัน ดงั รูปท่ี 2.1a a) แรงดึง (Tension) b) แรงกด (Compression) C) แรงเฉือน (Shear) รูปท่ี 2.1 แสดงลกั ษณะของแรงกระทาชนิดตา่ ง ๆ

2. ความเค้นแรงอดั (Compressive Stress) เกดิ ข้นึ เมื่อมีแรงกดมากระทาตง้ั ฉากกบั พ้ืนที่ภาคตดั ขวาง เพอ่ื พยายามอัดให้วสั ดมุ ีขนาดส้ันลง ดงั รปู ที่ 2.1b 3. ความเค้นแรงเฉือน (Shear Stress) ใชส้ ญั ลักษณ์  เกดิ ขน้ึ เมอ่ื มแี รงมากระทาให้ ทิศทางขนานกบั พ้ืนที่ภาคตดั ขวาง เพื่อใหว้ ัสดุเคลื่อนผ่านจากกนั ดังรปู ท่ี 2.1c มคี ่าเทา่ กบั แรง เฉอื น (Shear Force) หารด้วยพื้นทภี่ าคตัดขวาง A ซ่งึ ขนานกับทิศทางของแรงเฉือน ในทางปฏบิ ตั ิความเค้นท่ีเกดิ จะมที ง้ั 3 แบบนี้พร้อม ๆ กนั ความเครียดและการเปลยี่ นรูป (Strain and Deformation) ความเครยี ด (Strain) คอื การเปลย่ี นแปลงรปู รา่ งของวสั ดุ (Deformation) เมอ่ื มีแรง ภายนอกมากระทา (เกิดความเค้น) การเปล่ยี นรปู ของวัสดุนเ้ี ป็นผลมาจากการเคลอ่ื นที่ภายในเนื้อ วัสดุ ซง่ึ ลักษณะของมันสามารถแบ่งเป็น 2 ชนดิ ใหญ่ ๆ คอื 1. การเปลี่ยนรูปแบบอลิ าสติกหรอื ความเครียดแบบคืนรปู (Elastic Deformation or Elastic Strain) เปน็ การเปล่ียนรปู ในลักษณะทเี่ มือ่ ปลดแรงกระทา อะตอมซง่ึ เคลื่อนไหวเน่ืองจาก ผลของความเค้นจะเคลอื่ นกลับเขา้ ตาแหน่งเดมิ ทาให้วัสดคุ งรูปรา่ งเดมิ ไว้ได้ ตวั อย่างไดแ้ ก่ พวก ยางยืด, สปริง ถา้ เราดึงมันแล้วปล่อยมนั จะกลับไปมีขนาดเท่าเดิม 2. การเปลี่ยนรูปแบบพลาสตกิ หรอื ความเครียดแบบคงรปู (Plastic Deformation or Plastic Strain) เปน็ การเปล่ียนรปู ทีถ่ ึงแมว้ า่ จะปลดแรงกระทานัน้ ออกแลว้ วัสดกุ ยย งั คงรูปร่างตามที่ ถูกเปลยี่ นไปนน้ั โดยอะตอมที่เคลอ่ื นท่ีไปแล้วจะไม่กลบั ไปตาแหนง่ เดมิ วัสดทุ ุกชนดิ จะมีพฤติกรรมการเปลี่ยนรูปท้งั สองชนดิ น้ขี ้ึนอยกู่ ับแรงทีม่ ากระทา หรือความเคน้ วา่ มีมากนอ้ ยเพียงใด หากไม่เกนิ พกิ ดั การคืนรปู (Elastic Limit) แลว้ วัสดนุ ัน้ กจย ะมี พฤติกรรมคืนรปู แบบอลิ าสติก (Elastic Behavior) แตถ่ ้าความเคน้ เกินกวา่ พิกดั การคืนรูปแล้ววสั ดุ กจย ะเกิดการเปลย่ี นรปู แบบถาวรหรือแบบพลาสติก (Plastic Deformation) นอกจากความเครียดท้ัง 2 ชนดิ นแ้ี ล้ว ยังมีความเครยี ดอีกประเภทหนงึ่ ซ่งึ พบใน วสั ดุประเภทโพลเี มอร์ เช่น พลาสตกิ เรยี กว่าความเครียดกึ่งอิลาสติกจะมลี กั ษณะท่เี มอื่ ปราศจาก แรงกระทาวสั ดุจะมกี ารคืนรูป แตจ่ ะไมก่ ลบั ไปจนมลี กั ษณะเหมอื นเดมิ การวัดและคานวณหาค่าความเครียดมีอยู่ 2 ลักษณะคือ 1. แบบเส้นตรง ความเครียดทว่ี ัดได้จะเรยี กวา่ ความเครียดเชงิ เส้น (Linear Strain) จะใช้ไดเ้ ม่ือแรงท่ีมากระทามีลกั ษณะเป็นแรงดึงหรือแรงกด ดังรปู ที่ 2.2 ค่าของความเครยี ดจะ เท่ากบั ความยาวทีเ่ ปลี่ยนไปต่อความยาวเดิม ดังสมการ L e Lo

เม่ือ e = ความเครียดเชงิ เส้น L = ความยาวที่เปล่ยี นไป (L  Lo ) Lo = ความยาวเดิมของวัสดุที่สนใจ หรอื Gage Length รูปท่ี 2.2 ความเครียดเชิงเส้น (Linear Strain) รูปที่ 2.3 ความเครยี ดเฉือน (Shear Strain) 2. แบบเฉือน เรยี กว่า ความเครียดเฉือน (Shear Strain) ใชก้ ับกรณีท่แี รงท่ีกระทามี ลกั ษณะเป็นแรงเฉือน ( ) ดงั รูป ค่าของความเครียดจะเท่ากับระยะที่เคลือ่ นทไี่ ปต่อระยะหา่ ง ระหว่างระนาบ ดังสมการ a  h เมื่อ  = tan    (Radian ในกรณีท่เี ป็นมมุ เลกย ) a = ระยะทีเ่ คลอื่ นทไ่ี ป (Displacement) h = ระยะห่างระหว่างระนาบ  = มุมทเ่ี ปลีย่ นไป จะเหนย ไดว้ า่ ค่าของความเครียดทงั้ สองแบบไมม่ ีหนว่ ย เพราะตัวตัง้ และตัวหารมี หนว่ ยเป็นความยาวอยแู่ ลว้

ความสัมพนั ธ์ระหว่างความเค้นกบั ความเครียด (Stress-Strain Relationship) ในการแสดงความสัมพนั ธร์ ะหวา่ งความเค้นและความเครียด ในทน่ี ้ีเราจะใช้เสน้ โคง้ ความเค้น-ความเครียด (Stress-Strain Curve) ซ่ึงไดจ้ ากการทดสอบแรงดึง (Tensile Test) เป็น หลัก โดยจะพลอตคา่ ของความเค้นในแกนต้งั และความเครียดในแกนนอน ดงั รปู 2.4 การทดสอบ แรงดึง นอกจากจะใหค้ วามสมั พันธร์ ะหวา่ งความเคน้ -ความเครียดแล้ว ยังจะแสดงความสามารถ ในการรบั แรงดงึ ของวสั ดุ ความเปราะ เหนียวของวัสดุ (Brittleness and Ductility) และบางครั้ง อาจใชบ้ อกความสามารถในการข้ึนรูปของวสั ดุ (Formability) ไดอ้ กี ดว้ ย รูปที่ 2.4 เสน้ โค้งความเค้น-ความเครียด (Stress-Strain Curve) แบบมีจุดคราก (Yield Point) ขอบคุณทม่ี า : www.elecnet.chandra.ac.th/learn/courses/ELTC2103/chaptor_6/stress.doc