20 ความแข็งแกร่ง ,ความเค้น

4.1.4 ความแข็งแกร่ง

      ความแข็งแกร่ง (Strength) หรือความทนทาน เป็นคุณสมบัติหนึ่งของวัสดุ ซึ่งความแข็งแกร่งมีอยู่ด้วยกันหลายประเภท ได้แก่

- ความแข็งแกร่งต่อการดึง (Tensile strength)

รูปการทดสอบหาความแข็งแกร่งต่อการดึงในรูปเป็นโฟม

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

- ความแข็งแกร่งต่อการอัด (Compressive strength)

รูปการทดสอบหาความแข็งแกร่งต่อการอัดตัว ในรูปเป็นแท่งคอนกรีต

- ความแข็งแกร่งต่อการเฉือน (Shear strength)

รูปความแข็งแกร่งต่อการเฉือนในสลักเกลียว

รูปแสดงการเฉือนที่ตัวสลักเกลียว

รูปการทดสอบการเฉือน

- ความแข็งแกร่งต่อการบิด (Torsional strength)

รูปชิ้นงานที่ผ่านการทดสอบการบิด

รูปการบิดตัวของแท่งวัสดุ

- ความแข็งแกร่งต่อการโค้งงอ (Flexural strength)

รูปการทดสอบการโค้งงอ

- ความแข็งแกร่งต่อการล้าตัว (Fatigue strength) หมายถึง วัสดุสามารถทนทานต่อแรงที่กระทำซ้ำ ๆ ตลอดเวลาจนกระทั่งวัสดุเกิดความล้า

รูปการทดสอบการล้าตัว

- ความแข็งแกร่งต่อการกระแทก (Impact strength) หมายถึง วัสดุสามารถทนทานต่อแรงกระทำที่หนักหน่วงแบบฉับพลันทันที

รูปการทดสอบกระแทกชิ้นงานแบบชาร์ปี 1

รูปการทดสอบกระแทกชิ้นงานแบบชาร์ปี 2

ความแข็งแกร่งแต่ละประเภทจะเกิดขึ้นมากแค่ไหน ก็ขึ้นอยู่กับชนิดวัสดุที่สามารถตอบสนองต่อประเภทของแรงที่กระทำที่กับวัสดุ

4.1.5 ความเค้น

      ความเค้น (Stress) คือความพยายามที่จะทำให้วัสดุเกิดความเสียหาย แตกร้าว ส่วนความสามารถต้านทานต่อความเค้นเราเรียกมันว่า ความแข็งแกร่ง หรือความทนทาน (ดูที่หัวข้อ 4.1.4) ความเค้นที่เกิดในชิ้นงานมากเกินไปอาจทำให้ชิ้นงานเกิดรอยแตกร้าวได้

      สมการความเค้นในทางคณิตศาสตร์คือ แรงที่กระทำต่อพื้นที่หน้าตัดที่แรงกระทำ หน่วยของความเค้นคือ นิวตันต่อตารางเมตร (N/m²), ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) ฯลฯ สมการจะเป็นดังนี้

ความเค้น = แรง/พื้นที่

            s = F / A           (4.1)

กำหนดให้      s (อ่านว่า ซิกม่า)= ความเค้น หน่วย N/m², psi

                        F = แรงกระทำ หน่วย N, lbs

                        A = พื้นที่ที่ถูกแรงกระทำ m²,mm², in²

วิดีโอแสดงการทดสอบดึงโลหะจนเกิดความเค้น

ตัวอย่างที่ 4.1(หน่วย SI) เพลาตันขนาด 10 มิลลิเมตร ถูกดึงหัวท้ายด้วยแรงกระทำ 2,000 นิวตัน จงคำนวณหาความเค้นที่เกิดขึ้นในชิ้นงาน

วิธีทำ โจทย์กำหนดให้ เส้นผ่านศูนย์กลางเพลา (f) = 10 mm , แรงดึง (F) = 2,000 N ให้หา s =? N/mm²

ขั้นตอนที่ 1 หาพื้นที่หน้าตัดที่แรงกระทำ

A = p ´ D² /4

= p ´ 10² /4

= 78.5 mm²

ขั้นตอนที่ 2 หาค่าความเค้นโดยใช้สมการ (4.1)

s = F/A

= 2000N / 78.5 mm²

\ค่าความเค้นดึงที่เกิดขึ้นในเพลา = 25.477 N/mm² ตอบ

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“เราน่าจะเปลี่ยนปัญหากันได้
เพราะเรามักจะแก้ปัญหา ของผู้อื่นได้”